1. 薄膜孕育机制概述 薄膜的孕育历程是一个复杂的热力学和能源学历程，波及到原子或分子从气相、液相或等离子体等“母相”向固态薄膜“子相”出动，并在基底名义有序成列的历程。从微不雅角度看，薄膜的孕育频繁不错分手为以下几个一语气的阶段： 吸附 (Adsorption): 千里积粒子（原子、分子、离子等）从母相输运到基底名义，并在名义被吸附。吸附历程受到入射粒子束流强度、基底温度、名义洁净度等因素的影响。 名义扩散 (Surface Diffusion): 被吸附的粒子在基底名义进行扩散引导，寻找能量...
上述五个阶段并非截然分开，而是相互关联、协同作用的。薄膜的最驱逐构和性能，受到通盘这个词孕育历程中各个阶段的共同影响。而薄膜的孕育款式，则主要体当今成核和孕育阶段的不同特征。
2. 三种基本薄膜孕育款式详解
把柄薄膜与基底之间的相互作用强度以及千里积粒子的秉性，薄膜孕育主要呈现出三种基本的款式：岛状孕育（Volmer-Weber 款式）、层状孕育（Frank-van der Merwe 款式）和羼杂孕育款式（Stranski-Krastanov 款式）。
2.1 岛状孕育款式 (Volmer-Weber, VW 款式)
2.1.1 酿成机理
岛状孕育款式的特色是，千里积原子倾向于相互聚拢，而不是润湿基底名义。这种款式频繁发生在千里积原子之间的结协力大于千里积原子与基底之间的结协力的情况下。 从名义能的角度来看，岛状孕育款式倾向于减小薄膜与基底之间的界面能和薄膜的名义能，而增大基底的名义能。 不错用下述名义能关系式进行描画：
γfilm+γfilm−substrate<γsubstrate
从原子联接的角度来看，千里积原子更倾向于与同类原子联接，酿成三维的岛状结构，以裁汰体系的总能量。
2.1.2 孕育历程及薄膜特征
在岛状孕育款式下，薄膜的孕育历程主要资历以下阶段：
1.成核与岛屿酿成： 千里积初期，原子在基底名义立时成核，酿成孤苦的、三维的岛屿状晶核。
2.岛屿长大与粗化： 跟着千里积的进行，岛屿赓续接管来自气相的原子，尺寸冉冉增大。同期，小的岛屿可能冉冉解除，大的岛屿则赓续长大，发生所谓的奥斯特瓦尔德熟化表象，导致岛屿尺寸分散不均匀，名义轻佻度增多。
3.岛屿统一与闲静酿成： 当岛屿长大到一定进度时，相邻岛屿脱手讲和并发生统一。岛屿统一初期，会在岛屿之间酿成汇注状的通谈。跟着千里积的不绝，通谈冉冉被填充，但最终的薄膜常常仍然存在较多的孔隙和晶界，导致薄膜密度较低，结构疏松。
岛状孕育款式下酿成的薄膜，频繁具有以下特征：
岛状神态，名义轻佻： 薄膜名义呈现赫然的岛状结构，名义轻佻度较高。 晶粒孤立，结协力弱： 晶粒之间相互孤立，结协力较弱，薄膜紧密度较低。 孔隙率高，密度较低： 薄膜里面存在较多孔隙和晶界，导致薄膜密度偏低。 电学、光学性能受影响： 岛状结构和高孔隙率会影响薄膜的电导率、光学透过率、折射率等性能。2.1.3 影响因素及调控
岛状孕育款式的发生与多种因素联系，主要包括：
基底温度： 较高的基底温度故意于原子名义扩散，促进岛屿长大和粗化，更容易酿成典型的岛状孕育款式。较低的基底温度则可能羁系名义扩散，导致晶核密度增多，岛屿尺寸减小，以致向层状孕育款式出动。 千里积速度： 较高的千里积速度会增多名义过裕如度，促进成核，导致晶核密度增多，岛屿尺寸减小。较低的千里积速度则故意于原子充分扩散，促进岛屿长大，更容易酿成典型的岛状结构。 衬底与薄膜材料的匹配性： 当千里积原子与基底之间的相互作用较弱时，举例基底名义能较低，或者存在较大的晶格失配时，更容易发生岛状孕育。 名义活性剂： 引入名义活性剂不错转变基底名义能，增强千里积原子与基底之间的结协力，从而羁系岛状孕育，促进层状孕育。2.1.4 应用实例
岛状孕育款式在某些特定应用中也有其上风，举例：
金属纳米颗粒的制备： 诳骗岛状孕育款式，不错为止金属在绝缘基底上酿要素散的纳米岛屿，用于制备催化剂、传感器等。 举例，金纳米颗粒在二氧化硅基底上的孕育就倾向于岛状款式。金纳米颗粒岛状孕育神态的TEM图
轻佻名义的制备： 在某些光学器件中，需要诳骗轻佻名义来增强光散射或光接管。岛状孕育款式不错肤浅地制备出具有特定轻佻度的薄膜名义。2.2 层状孕育款式 (Frank-van der Merwe, FM 款式)
2.2.1 酿成机理
层状孕育款式，又称为逐层孕育款式，其特色是千里积原子倾向于润湿基底名义，并在基底名义逐层铺展，酿成原子级平整的薄膜。这种款式频繁发生在千里积原子与基底之间的结协力 (Eas) 大于或即是 千里积原子之间的结协力的情况下。 从名义能的角度来看，层状孕育款式倾向于减小 薄膜的名义能 (γfilm) 和 基底的名义能 (γsubstrate)，而减小或保捏不变 薄膜与基底之间的界面能 (γfilm−substrate)。 不错用下述名义能关系式进行描画：
γsubstrate≥γfilm+γfilm−substrate
理念念情况下，当 γsubstrate=γfilm+γfilm−substrate 时，称为 都备润湿，不错完结理念念的层状孕育。
2.2.2 孕育历程及薄膜特征
在层状孕育款式下，薄膜的孕育历程呈现出逐层堆叠的特征：
1.二维成核与单层铺展： 千里积初期，原子在基底名义酿成二维的晶核。晶核飞速在基底名义铺张开来，酿成单原子层。
2.逐层堆叠与平整名义： 当第一层原子层铺满基底名义后，第二层原子脱手在第一层原子层上成核并铺展。如斯反复，原子层逐层堆叠，酿成层状结构的薄膜。由于原子倾向于在已酿成的原子层上孕育，因此薄膜名义频繁相称平整，名义轻佻度较低。
层状孕育款式后期多层堆叠及薄膜神态暗示图
层状孕育款式下酿成的薄膜，迪士尼彩乐园骗我钱频繁具有以下特征：
层状结构，名义平整： 薄膜呈现赫然的层状结构，名义平整度高，原子级台阶了了可见。 晶粒取向一致，晶界少： 薄膜频繁具有邃密的外延孕育秉性，晶粒取向高度一致，晶界较少，晶体质地较高。 紧密度高，密度接近体材料： 薄膜结构紧密，孔隙率极低，密度接近体材料的表面密度。 优异的电学、光学性能： 层状结构和高紧密度赋予薄膜优异的电导率、迁徙率、光学透过率、折射率等性能。2.2.3 影响因素及调控
层状孕育款式的完结，需要得志较为冷酷的条款：
晶格匹配： 理念念的层状孕育频繁需要基底与薄膜材料之间具有邃密的晶格匹配，晶格失配度应为止在较低水平。晶格匹配不错裁汰界面能，促进层状孕育。 化学相容性： 基底与薄膜材料之间应具有邃密的化学相容性，幸免发生化学响应或酿成中间层，影响层状孕育。 精准的工艺为止： 完结层状孕育需要精准为止基底温度、千里积速度、束流强度等工艺参数，督察符合的名义扩散和成核条款。2.2.4 应用实例
层状孕育款式在制备高性能薄膜器件中具有至关进犯的作用，举例：
半导体外延薄膜： 在半导体器件制造中，需要诳骗分子束外延、金属有机化学气相千里积等时候，完结半导体材料在单晶基底上的层状外延孕育，制备高质地的半导体有源层、量子阱结构、超晶格结构等。 举例，GaAs 在 GaAs 基底上的外延孕育就接近理念念的层状孕育款式。GaAs 外延薄膜层状孕育的TEM图
高性能光学薄膜： 制备多层膜反射镜、过问滤光片等高性能光学薄膜时，需要接管层状孕育款式，赢得界面了了、层厚精准为止的多层膜结构，以完结优异的光学性能。2.3 羼杂孕育款式 (Stranski-Krastanov, SK 款式)
2.3.1 酿成机理
羼杂孕育款式，又称为层状-岛状孕育款式，是介于层状孕育和岛状孕育之间的一种过渡款式。在 SK 款式下，薄膜孕育初期，最初以层状款式孕育数个原子层（频繁为 1-3 层），当薄膜厚度达到临界厚度后，孕育款式发生出动，出动为岛状孕育款式。
SK 款式的酿成机理不错通晓为，运转千里积层大略灵验裁汰体系的名义能，使得层状孕育在初期成为可能。但跟着薄膜厚度的增多，应变能冉冉累积。当应变能积攒到一定进度，莳植了不绝层状孕育所能裁汰的名义能时，体系会倾向于通过岛状孕育来开释应变能，从而裁汰总能量。 因此，SK 款式的发生与晶格失配 和 应变弛豫 密切相关。
2.3.2 孕育历程及薄膜特征
SK 款式的孕育历程不错分为两个赫然的阶段：
层状孕育阶段： 千里积初期，原子在基底名义逐层铺展，酿成数个原子层的平整薄膜。分子束外延建树使命室暗示图
岛状孕育出动与三维岛屿酿成： 当薄膜厚度达到临界厚度后，孕育款式发生出动，脱手在已酿成的原子层上成核酿成三维岛屿。岛屿的酿成有助于开释薄膜中的应变能。跟着千里积的进行，岛屿赓续长大、统一，最终在一语气的原子层之上酿成岛状结构。羼杂孕育款式后期岛屿酿成及薄膜神态暗示图
SK 款式下酿成的薄膜，频繁具有以下特征：
层状基底 + 岛状顶层： 薄膜的底部为数层一语气的原子层，顶部则分散着三维的岛屿结构。 名义轻佻度介于层状与岛状之间： 名义轻佻度比层状孕育款式酿成的薄膜略高，但比典型的岛状孕育款式酿成的薄膜要低。 应变弛豫与颓势酿成： 岛屿的酿成频繁伴跟着应变弛豫历程，但也可能引入位错、堆垛层错等晶体颓势。 性能轮廓，可调控性强： SK 款式酿成的薄膜，其性能介于层状孕育和岛状孕育款式之间，且不错通过调控孕育条款，为止层状孕育阶段的厚度和岛屿的尺寸、密度，从而完结薄膜性能的调控。2.3.3 影响因素及调控
SK 款式的发生受多种因素影响，其中最环节的是：
晶格失配度： 较大的晶格失配度更容易诱发 SK 孕育款式。晶格失配会引起薄膜内应变能的累积，当应变能莳植临界值时，就会发生孕育款式的出动。 千里积厚度： 临界厚度是 SK 款式的环节参数。临界厚度的大小取决于晶格失配度、材料体系、孕育温度等因素。千里积厚度莳植临界厚度后，孕育款式将从层状出动为岛状。 应变工程： 通过引入应变层、梯度要素层等应变工程技能，不错调控薄膜的应变景色，进而影响孕育款式。2.3.4 应用实例
SK 款式在量子点自拼装、异质外延等界限具有进犯的应用价值：
量子点自拼装： 诳骗 SK 孕育款式，不错在半导体基底上自拼装酿成高密度的量子点阵列。 举例，InAs 量子点在 GaAs 基底上的孕育就恪守 SK 款式。 通过为止千里积条款，不错调控量子点的尺寸、密度和成列神色，应用于新式光电器件、纳米电子器件等界限。InAs 量子点自拼装在GaAs基底上的AFM图
应变弛豫异质外延： 在异质外延孕育中，诳骗 SK 款式不错灵验地开释晶格失配引起的应变，赢得高质地的异质外延薄膜。 3. 三种孕育款式的对比分析为了更了了地对比岛状孕育、层状孕育和羼杂孕育款式的特征，表1 归来了三种孕育款式的酿成条款、孕育历程、薄膜特征以及典型应用。
表1：岛状孕育、层状孕育和羼杂孕育款式对比
4. 薄膜孕育款式的调控政策通晓薄膜孕育款式的酿成机理，为调控薄膜孕育款式、优化薄膜结构和性能提供了表面基础。常用的薄膜孕育款式调控政策包括：
基底温度调控： 调度基底温度不错转变原子的名义扩散速度和成核速度，从而影响孕育款式。频繁，较低的基底温度故意于二维成核，促进层状孕育；较高的基底温度则故意于三维成核和岛屿长大，促进岛状孕育。 千里积速度调控： 调度千里积速度不错转变名义的过裕如度，影响成核密度和晶粒尺寸，进而调控孕育款式。较低的千里积速度故意于原子充分扩散，促进层状孕育；较高的千里积速度则容易导致岛状孕育。 衬底名义修饰： 通过对基底名义进行预惩办，举例离子轰击、等离子体清洗、名义钝化等，不错转变基底的名义能、名义结构和名义化学活性，从而调控薄膜的孕育款式。 名义活性剂的应用： 在薄膜孕育历程中引入名义活性剂，举例在金属薄膜孕育中引入 Bi, Sb, Pb 等元素，不错裁汰薄膜的名义能，增强千里积原子与基底之间的结协力，羁系岛状孕育，促进层状孕育。 应变工程的应用： 在异质外延孕育中，不错诳骗应变工程技能，举例引入缓冲层、超晶格结构等，来调控薄膜的应变景色，为止孕育款式，改善薄膜质地。著述开首：https://www.mat-cn.com/newsinfo/8008877.html迪士尼彩乐园能提现么
发布于：江西省