Wzrost filmu

Wszystkie procesy osadzania cienkich warstw składają się z trzech etapów:

1. produkcja gatunków tworzących film

2. transport tych gatunków od źródła do podłoża

3. kondensacja i szycie na podłożu

W PVD pierwszym krokiem jest albo parowanie albo rozpylanie, drugi etap implikuje transport w linii widzenia, jeśli ciśnienie procesowe jest bardzo niskie i istnieje małe prawdopodobieństwo kolizji lub transportu przepływu, jeśli ciśnienie jest wysokie. Rodzaj transportu wpływa na faktyczny wzrost filmu w trzecim etapie.

Kiedy atom dociera do powierzchni substratu i jest adsorbowany, dyfunduje na powierzchni, dopóki nie zostanie desorbowany lub przyklejony do korzystnego miejsca o właściwościach energetycznych. Ta dyfuzja powierzchni jest zależna od energii, jaką atom ma przy wjeździe na powierzchnię, oraz od tego, czy substrat jest zasilany dodatkową energią, np. Przez ogrzewanie lub bombardowanie jonowe. Energia atomu zależy od ciśnienia w komorze osadzania, wysokie ciśnienie zmniejsza energię w wyniku strat energii w zderzeniach. Bombardowanie jonowe powierzchni jest możliwe w metodach opartych na osoczu i może być kontrolowane przez ujemne napięcie polaryzacji podłoża względem plazmy.

Jeśli atom przylega do innego atomu filmu na powierzchni, powstaje para o niskiej ruchliwości, co zwiększa prawdopodobieństwo, że jeszcze jeden atom się do nich przylgnie. Przy krytycznej liczbie atomów lub krytycznej wielkości jądra tworzy się jądro. Jądra te wzrośnie do krystalicznych wysp, które łączą się, gdy spotykają się i ostatecznie tworzą ciągły film. W zależności od parametrów procesu wzrost filmu będzie następował w różny sposób, dając różne mikrostruktury. Film może rosnąć warstwa po warstwie lub na wyspach 3D lub w połączeniu tych dwóch trybów wzrostu.

W PVD wzrost filmu jest często kolumnowy, tj. Krystality rosną w kolumnach z mniej lub bardziej rozwiniętymi granicami ziaren między nimi. Granice ziaren mogą zawierać puste przestrzenie i pogarszać większość właściwości folii, ale prawdziwie gęsty, kolumnowy film może mieć na przykład doskonałe właściwości tribologiczne. Pełna gęsta mikrostruktura w folii jest często bardzo pożądana. Ponieważ gęstą mikrostrukturę promuje jonowe bombardowanie rosnącej folii, takie folie często mogą być osadzane metodami PVD w plazmie o dużej gęstości.

Opracowano kilka modeli wzrostu warstewki dla wpływu warunków osadzania na mikrostrukturę folii. Powszechnie stosowane są modele stref struktury empirycznej, w których różne tryby wzrostu (strefy) są identyfikowane na wykresie dla różnych stosunków temperatury do temperatury topnienia (T / T m). Obszerna recenzja takich modeli została opublikowana przez Johna A. Thorntona w 1977 r. I zawiera krótkie podsumowanie tego. Movchan i Demchishin dokonali następującej klasyfikacji: Strefa 1 pojawia się, gdy T / T m <0,3 i="" charakteryzuje="" się="" wysoką="" chropowatością="" powierzchni="" i="" pustymi="" granicami=""> Strefa 2 pojawia się, gdy 0.3 <0,5 i="" charakteryzuje="" się="" matową,="" gładką="" powierzchnią="" i="" słupowymi="" ziarnami="" z="" wyraźnymi,="" gęstymi=""> Strefa 3 pojawia się, gdy 0,5 <1 i="" charakteryzuje="" się="" jasną="" powierzchnią="" i="" równoosiowymi=""> Struktura i właściwości tej strefy są zbliżone do materiału sypkiego. Thornton zaproponował rozszerzony model, w którym wpływ ciśnienia gazu procesowego jest dodawany do drugiej osi na schemacie. Na tym schemacie czwarta strefa (strefa T, przejście) może być zidentyfikowana między strefą 1 a strefą 2. Struktura strefy T jest gęsta i włóknista bez zbędnych granic ziaren.