液相基底表面金属薄膜的形成机理和表面粗糙机制的afm研究

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2、?。一R_j浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝堑太堂或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：声正；次签字日期：加。7年厂月弘日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙堑太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被

3、查阅和借阅。本人授权浙堑太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：序正导师签名：眯彰伊，签字醐：勿7年岁月刎签字日期．娜厂年石月2，日浙江大学博士学位论文凝聚态物理致谢本研究及学位论文是在我的导师叶高翔教授的亲切关怀和悉心指导下完成。从课题的选择到研究的最终完成，叶老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。衷心感谢导师叶高翔教授四年来对作者的悉心指导和关怀。导师渊博的知识，严谨、

4、求实、创新的治学态度，活跃的思维和敏锐的洞察力给了我很大启发，而且必将影响我一生的科研和工作。更重要的是，叶教授的言传身教，让我懂得了为人的道理和怎样正确面对人生路上的挫折和失败。在此，谨向导师致以最深的谢意。感谢夏阿根教授、杨波副教授，陶向明副教授和金进生副教授，正是他们在作者攻读博士期间给予科研上的指导和生活上的大力支持和帮助，才使得本人可以顺利完成学业。感谢谢建平、张初航、张晓飞、吕能、葛昀洲、潘启发、陈苗根、冯元新、方轶君、章盛林和Saida．Ajeep等师兄师姐们的合作与有益讨论。最后，感谢我的家

5、人对我学业的支持和帮助。谢谢你们!房正浓二零零九年四月于浙江大学浙江大学博士学位论文凝聚态物理摘要许多研究结果表明，薄膜的生长机理、表面形貌和微观结构主要依赖于制备方法与基底特性。自从二十世纪九十年代发现液体表面可用作薄膜生长的基底以来，人们已经对沉积在液相基底表面一些金属薄膜的成膜机理、微观结构和物理特性等进行了系统地研究。本论文采用热蒸发沉积方法在硅油基底表面成功制备了超薄铝(A1)和镍(Ni)金属薄膜系统，利用原子力显微镜(AFM)研究了它们的成膜过程、微观结构以及在纳米尺度范围内的表面动力学标度行为

6、和表面粗糙机理。实验发现：与其它金属薄膜的情况基本类似，沉积在硅油表面的金属铝和镍薄膜的成膜机理均近似符合二阶段生长模型，即沉积原子先凝聚成尺寸为一定大小的准圆形原子团簇，然后经过无规扩散和转动，逐渐形成分枝状凝聚体。随着名义膜厚d的增加，分枝状凝聚体不断生长和相互连接，最后演变成致密的连续薄膜。我们利用AFM对从不连续到连续的铝和镍薄膜系统进行了进一步的研究。研究表明：铝和镍原子团簇和分形凝聚体均由尺寸为更小的呈现高斯分布的原子颗粒组成；原子颗粒的最概然直径‰具有101nI／1量级；在一定的沉积速率下，铝

7、原子颗粒的西m随着d的增加而没有明显变化，而镍原子颗粒的瓯随着d的增加而减小。研究表明：在沉积过程中，原子颗粒的尺寸变化主要依赖于凝聚核的数密度与沉积速率。在沉积过程中，随着d增加，若凝聚核的数密度增加较快，使得每个原子颗粒可以捕捉到的平均沉积原子数目减少，原子颗粒的函m随着d增加而减小；若凝聚核的数密度增加与沉积速率同步，使得每个原子颗粒因捕捉新的沉积原子而引起的尺寸变化与核增加而引起的‰的变化相平衡，结果原子颗粒的‰随着d增加而没有明显变化。对Al和Ni薄膜系统的动力学标度行为和表面粗糙机理进行了研究。

8、运用AFM软件的测量功能，测量了两种薄膜在不同名义厚度下的表面方均根粗糙度(Wrrns)和一维功率频谱密度(1DPSD)。分析‰随d变化的规律，发现舢薄膜的生长指数∥=0．23±0．05，Ni薄膜∥=0．32±0．05。分析不同d薄膜样品的1DPSD，发现Al薄膜的粗糙指数则随着d的增加从口≥l变化到<1，Ni薄膜浙江大学博士学位论文凝聚态物理口=O．7±0．1。按已有的理论对照分析，我们发现Al薄膜的表面动力学