Filmový růst

Všechny procesy ukládání tenkých vrstev se skládají ze tří kroků:

1. výroba filmotvorných druhů

2. přepravu těchto druhů ze zdroje do substrátu

3. kondenzace a šití na podkladu

V PVD je prvním krokem buď odpařování, nebo rozprašování, druhý krok znamená dopravu přímou viditelností, pokud je procesní tlak velmi nízký a existuje malá pravděpodobnost srážek nebo transportu průtoku, je-li tlak příliš vysoký. Druh dopravy ovlivňuje skutečný růst filmu ve třetím kroku.

Když atom přichází na povrch substrátu a adsorbuje, bude difuze na povrchu, dokud nebude buď desorbován, nebo přilepený na energeticky příznivé místo. Tato povrchová difúze závisí na tom, jakou energii má atom při příchodu k povrchu a zda je substrát dodáván dodatečnou energií, např. Zahříváním nebo iontovým bombardováním. Energie atomu je závislá na tlaku v ukládací komoře, vysoký tlak snižuje energii kvůli ztrátám energie při srážkách. Ionografický bombardování povrchu je možný v plazmových metodách a může být řízen negativním zkresleným napětím substrátu vzhledem k plazmě.

Pokud se atom přilepí k jinému atomu filmu na povrchu, vytváří se dvojice s nízkou pohyblivostí a tím se zvyšuje pravděpodobnost, že se k nim bude přidávat další atom. Při kritickém počtu atomů nebo kritické velikosti jádra vzniká jádro. Tato jádra rostou na krystalické ostrovy, které se spojují, když se navzájem setkávají a nakonec vytvoří spojitý film. V závislosti na parametrech procesu bude růst filmu pokračovat různými způsoby, což způsobí různé mikrostruktury. Film může růst vrstvou po vrstvě nebo na 3D ostrovech nebo v kombinaci těchto dvou růstových režimů.

V PVD je nárůst filmu často sloupcový, tj. Krystaly rostou ve sloupcích s více či méně vyvinutými hranicemi zrn. Obrysy zrn mohou obsahovat dutiny a zhoršují většinu vlastností filmu, ale skutečně hustý, sloupcový film může mít například vynikající tribologické vlastnosti. Kompletní hustá mikrostruktura ve filmu je často velmi žádoucí. Vzhledem k tomu, že hustá mikrostruktura je podporována iontovým bombardováním rostoucího filmu, mohou být tyto filmy často ukládány metodami PVD v plazmách s vysokou hustotou.

Bylo vyvinuto několik modelů růstu filmu pro vliv podmínek depozice na mikrostrukturu filmu. Obvykle se používají modely zóny empirické struktury, v nichž jsou v diagramu uvedeny různé režimy růstu (zóny) pro různé poměry teplot od teploty tavení (T / T m). Rozsáhlý přehled takových modelů vydal John A. Thornton v roce 1977 a zde následuje krátké shrnutí. Movchan a Demchishin provedli následující klasifikaci: Zóna 1 se objevuje, když T / T m <0,3 a="" je="" charakterizována="" vysokou="" drsností="" povrchu="" a="" prázdnými="" hranicemi=""> Zóna 2 se objeví, když je 0,3 <0,5 a="" je="" charakterizována="" rohožkem,="" hladkým="" povrchem="" a="" sloupcovými="" zrny="" s="" odlišnými,="" hustými=""> Zóna 3 se objeví, když je 0,5 <1 a="" je="" charakterizována="" jasným="" povrchem="" a="" rovnovážnými=""> Struktura a vlastnosti této zóny jsou blízké sypkým materiálům. Thornton navrhl rozšířený model, v němž je vliv tlaku procesního plynu přidán do druhé osy v diagramu. V tomto diagramu je možné identifikovat čtvrtou zónu (zóna T, přechod) mezi zónou 1 a zónou 2. Struktura zóny T je hustá a vláknitá bez prázdných hranic.