Filmový rast

Všetky procesy depozície tenkých vrstiev pozostávajú z troch krokov:

1. výroba filmotvorných druhov

2. prepravu týchto druhov zo zdroja na substrát

3. kondenzácia a šitie na podklade

V PVD je prvým krokom buď odparovanie, alebo rozprašovanie, druhý krok znamená dopravu priamou viditeľnosťou, ak je procesný tlak veľmi nízky a existuje malá pravdepodobnosť kolízií alebo dopravu prietoku, ak je tlak vysoký. Druh dopravy ovplyvňuje skutočný rast filmu v treťom kroku.

Keď sa atóm dostane na povrch substrátu a adsorbuje, bude difúziť na povrchu, až kým nebude desorbovaný alebo prilepený na energeticky priaznivé miesto. Táto povrchová difúzia závisí od toho, akú energiu má atóm pri príchode k povrchu a či je substrát dodávaný dodatočnou energiou, napríklad zahrievaním alebo bombardovaním pomocou iónov. Energia atómu je závislá na tlaku v depotnej komore, vysoký tlak znižuje energiu kvôli energetickým stratám v kolíziách. Iónové bombardovanie povrchu je možné v metódach založených na plazme a môže byť riadené negatívnym biasovým napätím substrátu vzhľadom na plazmu.

Ak sa tento atóm prilepí na iný filmový atóm na povrchu, vytvorí sa dvojica s nízkou pohyblivosťou a to zvyšuje pravdepodobnosť, že sa k nim prilepí ďalší atóm. Pri kritickom počte atómov alebo kritickej veľkosti jadra sa vytvorí jadro. Tieto jadrá budú rásť na kryštalické ostrovy, ktoré sa splynú, keď sa navzájom stretnú a nakoniec vytvoria súvislý film. V závislosti od parametrov procesu bude rast filmu pokračovať rôznymi spôsobmi, pričom sa poskytnú rôzne mikroštruktúry. Film môže rásť vrstvou po vrstve alebo na 3D ostrovoch alebo v kombinácii týchto dvoch rastových režimov.

V PVD je rast filmu často stĺpcový, tj kryštálky rastú v stĺpcoch s viac alebo menej rozvinutými hranicami medzi nimi. Obmedzenia zŕn môžu obsahovať dutiny a zhoršujú väčšinu vlastností filmu, ale skutočný hustý, stĺpcový film môže mať napríklad vynikajúce tribologické vlastnosti. Úplná hustá mikroštruktúra vo fólii je často veľmi žiaduca. Keďže hustá mikroštruktúra je podporovaná iontovým bombardovaním rastúceho filmu, takéto filmy môžu byť často ukladané PVD metódami do plazmov s vysokou hustotou.

Bolo vyvinutých niekoľko modelov rastu filmu pre vplyv podmienok depozície na mikroštruktúru filmu. Bežne sa používajú modely empirických štruktúrnych zón, v ktorých sú v diagrame pre rôzne pomery teploty a teploty tavenia (T / T m) uvedené rôzne rastové režimy (zóny). Rozsiahle preskúmanie takýchto modelov publikoval John A. Thornton v roku 1977 a tu nasleduje stručný prehľad. Movchan a Demchishin urobili nasledujúcu klasifikáciu: Zóna 1 sa objavuje pri T / T m <0,3 a="" je="" charakterizovaná="" vysokou="" drsnosťou="" povrchu="" a="" prázdnymi="" hranicami=""> Zóna 2 sa objaví pri 0,3 <0,5 a="" je="" charakterizovaná="" rohožou,="" hladkým="" povrchom="" a="" stĺpcovými="" zrnami="" s="" odlišnými="" hustými=""> Zóna 3 sa objaví pri 0,5 <1 a="" je="" charakterizovaná="" jasným="" povrchom="" a="" rovnobežnými=""> Štruktúra a vlastnosti tejto zóny sú blízke sypkým materiálom. Thornton navrhol rozšírený model, v ktorom je vplyv tlaku procesného plynu pridaný do druhej osi v diagrame. V tejto schéme môže byť identifikovaná štvrtá zóna (zóna T, prechod) medzi zónou 1 a zónou 2. Štruktúra zóny T je hustá a vláknitá bez prázdnych hraníc zŕn.