液相基底表面金屬薄膜的形成機理和表面粗糙機制的AFM研究.pdf

1、許多研究結(jié)果表明，薄膜的生長機理、表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)主要依賴于制備方法與基底特性。自從二十世紀九十年代發(fā)現(xiàn)液體表面可用作薄膜生長的基底以來，人們已經(jīng)對沉積在液相基底表面一些金屬薄膜的成膜機理、微觀結(jié)構(gòu)和物理特性等進行了系統(tǒng)地研究。
　　 本論文采用熱蒸發(fā)沉積方法在硅油基底表面成功制備了超薄鋁(Al)和鎳(Ni)金屬薄膜系統(tǒng)，利用原子力顯微鏡(AFM)研究了它們的成膜過程、微觀結(jié)構(gòu)以及在納米尺度范圍內(nèi)的表面動力學標度行為和表面粗糙

2、機理。實驗發(fā)現(xiàn)：與其它金屬薄膜的情況基本類似，沉積在硅油表面的金屬鋁和鎳薄膜的成膜機理均近似符合二階段生長模型，即沉積原子先凝聚成尺寸為一定大小的準圓形原子團簇，然后經(jīng)過無規(guī)擴散和轉(zhuǎn)動，逐漸形成分枝狀凝聚體。隨著名義膜厚d的增加，分枝狀凝聚體不斷生長和相互連接，最后演變成致密的連續(xù)薄膜。
　　 我們利用AFM對從不連續(xù)到連續(xù)的鋁和鎳薄膜系統(tǒng)進行了進一步的研究。研究表明：鋁和鎳原子團簇和分形凝聚體均由尺寸為更小的呈現(xiàn)高斯分布的原子

3、顆粒組成；原子顆粒的最概然直徑φm具有101nm量級；在一定的沉積速率下，鋁原子顆粒的φm隨著d的增加而沒有明顯變化，而鎳原子顆粒的φm隨著d的增加而減小。研究表明：在沉積過程中，原子顆粒的尺寸變化主要依賴于凝聚核的數(shù)密度與沉積速率。在沉積過程中，隨著d增加，若凝聚核的數(shù)密度增加較快，使得每個原子顆?？梢圆蹲降降钠骄练e原子數(shù)目減少，原子顆粒的φm隨著d增加而減?。蝗裟酆说臄?shù)密度增加與沉積速率同步，使得每個原子顆粒因捕捉新的沉積原子而

4、引起的尺寸變化與核增加而引起的φm的變化相平衡，結(jié)果原子顆粒的φm隨著d增加而沒有明顯變化。
　　 對Al和Ni薄膜系統(tǒng)的動力學標度行為和表面粗糙機理進行了研究。運用AFM軟件的測量功能，測量了兩種薄膜在不同名義厚度下的表面方均根粗糙度(Wrms)和一維功率頻譜密度(1DPSD)。分析wrms隨d變化的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)Al薄膜的生長指數(shù)β=0.23±0.05，Ni薄膜β=0.32±0.05。分析不同d薄膜樣品的1DPSD，發(fā)現(xiàn)A1薄膜

5、的粗糙指數(shù)則隨著d的增加從a≥l變化到

6、的生長指數(shù)和粗糙指數(shù)表明，在其形成過程中的動力學標度行為符合WV(Wolf-Villain)方程和VLS方程共同作用的結(jié)果。在Ni薄膜的生長過程中，表面擴散、非線性粗糙和白噪聲粗糙起著共同的作用。
　　 本文各章節(jié)內(nèi)容安排如下：
　　 第一章：綜述了固相基底表面薄膜的成膜機理、計算機模擬模型和表面粗糙機理的研究現(xiàn)狀，并進一步介紹了液相基底表面金屬薄膜的成膜機理、微觀結(jié)構(gòu)和物理特性等方面的研究。
　　 第二章：研究