Filmvækst

Alle tyndfilmaflejringsprocesser består af tre trin:

1. Produktion af filmdannende arter

2. Transport af disse arter fra kilden til substratet

3. kondensering og søm på substratet

I PVD er det første trin enten fordampning eller forstøvning, det andet trin indebærer synspunkttransport, hvis procestrykket er meget lavt, og der er en lille sandsynlighed for kollisioner eller en flytransport, hvis trykket er højt. Transporttypen påvirker den faktiske vækst af filmen i tredje trin.

Når et atom ankommer til substratoverfladen og bliver adsorberet, vil det diffunderes på overfladen, indtil det enten desorberes eller fastgøres til et energisk gunstigt sted. Denne overfladediffusion afhænger af hvilken energi atomet har ved ankomsten til overfladen, og hvis substratet leveres af en ekstra energi, fx ved opvarmning eller ionbombardement. Atomenergi er afhængig af trykket i aflejringskammeret, et højt tryk mindsker energien på grund af energitab i kollisioner. Jonbombardementet af overfladen er mulig i plasmabaserede metoder og kan styres af en negativ biaspænding af substratet i forhold til plasmaet.

Hvis atomet stikker til et andet filmatom på overfladen, oprettes et lavmobilpar, og det øger sandsynligheden for, at endnu et atom holder fast ved dem. Ved et kritisk antal atomer eller en kritisk kernestørrelse dannes en kerne. Disse kerner vil vokse til krystallinske øer, der vil samle sammen, når de møder hinanden og endelig danner en kontinuerlig film. Afhængig af procesparametrene vil filmvæksten fortsætte på forskellige måder, hvilket giver forskellige mikrostrukturer. Filmen kan vokse lag for lag eller i 3D-øer eller i en kombination af disse to vækstformer.

I PVD er filmvæksten ofte columnar, dvs. at krystallitterne vokser i kolonner med mere eller mindre udviklede korngrænser mellem dem. Korngrænserne kan indeholde hulrum og forringe de fleste egenskaber af filmen, men en rigtig tæt kolonnefilm kan for eksempel have fremragende tribologiske egenskaber. En fuldstændig tæt mikrostruktur i filmen er ofte meget ønskelig. Da den tætte mikrostruktur fremmes ved ionbombardement af den voksende film, kan sådanne film ofte deponeres ved hjælp af PVD-metoder i højdensitetsplasmaer.

Flere filmvækstmodeller for indflydelsen af ​​depositionstilstanden på filmens mikrostruktur er blevet udviklet. Almindeligt anvendt er de empiriske strukturzonemodeller, hvor forskellige vækstformer (zoner) er identificeret i et diagram for forskellige temperaturer til smeltetemperaturforhold (T / T m). En omfattende gennemgang af sådanne modeller blev udgivet af John A. Thornton i 1977, og her følger en kort oversigt over dette. Movchan og Demchishin foretog følgende klassifikation: Zone 1 vises når T / T m <0,3 og="" er="" kendetegnet="" ved="" høj="" overflade="" ruhed="" og="" uløste=""> Zone 2 vises når 0,3 <0,5 og="" er="" kendetegnet="" ved="" en="" mat,="" glat="" overflade="" og="" columnar="" korn="" med="" forskellige,="" tætte=""> Zone 3 vises når 0,5 <1 og="" er="" kendetegnet="" ved="" en="" lys="" overflade="" og="" ækvivalente=""> Strukturen og egenskaberne i denne zone er tæt på bulkmateriale. Thornton har foreslået en udvidet model, hvor indflydelsen af ​​procesgastrykket sættes i en anden akse i diagrammet. I dette diagram kan en fjerde zone (zone T, overgang) identificeres mellem zone 1 og zone 2. Zonen T-strukturen er tæt og fibrøs uden uløste korngrænser.