科晶文獻角-薄膜沉積過程及檢測設備
發布時間：2020-08-06
薄膜沉積過程：
（1）島狀階段：靶材表面激發的氣相原子入射到基片表面時，能量太高的原子彈射回去，能量較低的原子會吸附在基片表面。吸附中的小部分原子，因襯底加熱，會再次蒸發而脫離基片表面。吸附原子受熱下擴散遷移，碰撞形成原子對或小原子團。隨著動能的降低，遷移變慢并凝結在基片表面。基片表面原子重復這種過程，小原子團逐漸變大。當內含原子超過某個臨界值，原子團形成穩定核，繼續接受原子繼而生長成小島。
（2）聯并階段：兩相鄰小島逐漸增大，島間距隨之變小，進而聯并在一起生長為大島。小島聯并成大島后，表面能降低，占據基片表面的面積減小，在大島之間空出的基片表面繼續發生成核過程。聯并階段中，可能的傳質過程機理為體擴散和表面擴散，其中表面擴散起著主要作用。表面擴散可以使小島在極短的時間內聯結合并形成島間結合部，小島越小時，表面擴散越明顯。小島聯并的初始階段很快，在新島形成的過程中，島的面積不斷發生著改變，相應在基片表面的覆蓋面積先減小后逐漸增大。
（3）溝道階段：島聯并之后形成的新島繼續生長過程中，形狀逐漸成為圓球狀，并且不會發生較大的形變。小島繼續聯并成大島，大島越來越多就會聚結成網狀結構。寬度為 5-20nm
的溝渠便分布在這種網狀結構不規則處，并隨著入射氣相原子在溝渠中發生二次或三次成核，核生長足夠大后聯并到網狀結構，使得溝渠逐漸減少。聯并時，溝渠處有可能形成拱橋結構，很快被類似形式填充，結果形成帶有小孔洞的連續薄膜。隨著沉積的進行，小孔洞處繼續發生多次成核過程，很快將小空洞填滿，繼而溝渠和孔洞消失，形成連續薄膜。
（4）連續膜階段：溝道階段后，薄膜成為連續膜。此時，氣相原子入射到薄膜表面后通過聯并作用形成不同結構的薄膜。
我們知道，靶材的晶粒尺寸較小時，靶材的活性較高，更加容易被激光熔融濺射出來。從靶材不同的沉積速率也可以看出來這一點。在溝道與最后的連續膜階段，晶粒尺寸小的靶材濺射出更多的粒子，帶著更多的能量，使得溝道階段的空隙更易被填充，不易形成空洞與團簇導致薄膜不平整。靶材的晶粒尺寸與內部結構會在沉積的過程中影響到薄膜的結構與表面形貌。小晶粒尺寸的靶材在濺射沉積的過程中，沉積的速率更快，濺射的顆粒較小，分布要更均勻，使得薄膜的內部結構要均勻致密，表面的粗糙度小，使得薄膜的各方面性能更加優秀。
薄膜性能測試儀器：
主要用到如臺階儀（Profilemeter）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X 射線衍射儀（XRD）、振動樣品磁強計（VSM）等薄膜檢測儀器。臺階儀可對薄膜的厚度和表面粗糙度進行測試分析；掃描電子顯微鏡可用于觀察薄膜表面狀態形貌；X 射線衍射儀檢測薄膜獲得衍射圖，通過XRD圖可分析出薄膜的結晶性和晶體結構；振動樣品磁強計可以測試得到樣品的磁滯回線，分析薄膜的磁性能。
內容摘至《高性能YIG靶材及薄膜的制備與性能的研究》
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