IMGW41

5. CIENKIE WARSTWY 5.1. Wzrost cienkich warstw

Rozwój technologii otrzymywania zarówno cienkich warstw, jak i litych materiałów o strukturze nanokrystaIicznej pozwolił na uzyskanie nowych materiałów, i interesujących z uwagi na szerokie możliwości aplikacyjne.

Cienkie warstwy metali osadzone na podłożu stałym można traktować jako spójne klastery atomów (z wyjątkiem warstw amorficznych) o różnych rozmiarach, kształtach i wzajemnej orientacji. Sposób ułożenia, wielkość i kształt krystalitów tworzących takie warstwy mają istotny wpływ na ich właściwości fizyczne. Stąd też niezależnie od wewnętrznej krystalicznej budowy poszczególnych krystalitów tworzących daną warstwę, konieczna jest znajomość kształtu i rozmiaru ziaren, tworzących cienką warstwę, gdyż może to mieć istotny wpływ na jej właściwości.

Wyróżnia się następujące stadia tworzenia się warstw:

—    zarodkowanie (nukleacja),

—    wzrost zarodków (klasterów atomów),

—    koalescencja (zlewanie się) poszczególnych klasterów,

—    tworzenie się warstwy ciągłej połączone ze wzrostem ziaren,

—    wzrost w kierunku prostopadłym do podłoża połączony z rekrystalizacją.

Przebieg tych stadiów zależy od wielu czynników, z których najważniejszymi

są:

—    szybkość nanoszenia,

—    temperatura podłoża,

—    rodzaj i struktura krystaliczna podłoża,

—    ciśnienie i rodzaj gazów resztkowych w układzie próżniowym,

—    geometria układu źródło-podłoże.

W początkowym stadium formowania się cienkiej warstwy, znaczna liczba;

atomów lub molekuł kondensuje na podłożu. Pomimo wielu prac eksperymental-! nych poświęconych wczesnemu stadium formowania się warstwy, nie znaleziono! wyraźnej granicy pomiędzy nukleacją a początkiem wzrostu zarodków. Natychmiast po rozpoczęciu procesu nanoszenia obserwuje się na podłożu jednorodny* rozkład małych, ale bardzo ruchliwych klasterów atomów.

Kolejne stadium formowania warstwy obejmuje tworzenie się wysepek. Koale-, scencja wysepek obniża ich gęstość, powodując lokalne odkrywanie podłoża, gdzie] następnie może zachodzić kolejna nukleacja. Proces koalescencji trwa tak długo, dopóki wysepki nie połączą się w sieć z nie zapełnionymi kanałami. Kontynuując proces nanoszenia, kanały wypełniają się i kurczą, pozostawiając izolowane luki.j W następnym etapie również luki zapełniają się całkowicie i powstaje ciągła warstwa.

Wiele danych eksperymentalnych wskazuje, że wzrost cienkich warstw osadzanych metodami PVD (rozdz. 3). następuje według jednego z trzech podstawowych modeli (rys. 5.1) 12,3]:

—    wyspowego.