多晶薄膜表面粗化与生长方式转变

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1、第)(卷第’期’$$"年’月物理学报WK7.)(，VK.’，D?XP;5PE，’$$"#$$$4*’&$,’$$",)（($’）,###$4$(N0SNRJTHU0NHUVU0N!’$$"0O6B.ROE+.HKA.%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%多晶薄膜表面粗化与生长方式转变!!杨吉军徐可为（西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，西安"#$$%&）（’$$(年)月*$日收到；’$$(年(月’&日收到修改稿）采用原子力显微镜研究了磁控溅射多晶薄膜表面粗化行为对归一化沉积温度!+,!-（

2、!+是沉积温度，!-是材料熔点）的依赖性与薄膜生长方式转变行为.随着!+,!-增加，薄膜表面粗糙度增加，而表征粗糙度随时间演化特征的生长指数!历经了先减小再增加的过程.!对!+,!-的依赖关系反映了薄膜生长方式的转变行为，即薄膜生长依次由随机生长方式向表面扩散驱动生长方式与异常标度行为生长方式转变.在低于体扩散控制薄膜生长的温度时，晶界扩散机理导致多晶薄膜的表面粗化的异常标度行为.关键词：多晶薄膜，表面粗化，温度，生长!"##："*($/，$(*$0，(#)$，(1))的薄膜生长过程.我们可以参照这些理论值来分析#C引言实验上测定的!值，进而探讨实际薄膜沉积过程中［"，1］的生长

3、方式.近年来，薄膜表面及其粗化行为引起了许多研究沉积工艺参数如沉积温度等对薄膜生长机理及［#—*］者的关注.一方面，随着膜厚不断向亚微米和纳其表面粗化行为存在重要影响.大量文献从实验上［%］［)］［(］米尺度减小，薄膜表面对其电学、磁学及力学研究了非晶薄膜与单晶薄膜的表面粗化行为对沉积［’］等性能存在越来越重要的影响；另一方面，研究薄膜温度的依赖性.H-?>+等人系统地研究了非晶氢化［"］表面粗化行为还有助于深入理解薄膜生长机理.硅（54H6IJ）薄膜表面粗化与沉积温度的相关性，发一般而言，对远离平衡态条件制备的薄膜，其表现改变沉积温度会导致薄膜表面粗化行为及其生长［&］面形貌通

4、常表现出分形或自仿射特征从而可以用动机理的转变.2K>?L等人对单晶0;膜表面粗化行［#］力学标度理论进行研究.D5-67E等人提出了正常为的研究也得出类似的结果，认为增加沉积温度导标度公式描述薄膜表面动态演化过程致薄膜生长方式转变及!值递减.至今，就我们所"（#，$）F#"（%$,#",!），（#）知，没有人系统地研究过多晶薄膜表面粗化行为对式中$，#，"（#，$）分别为薄膜生长时间、系统尺寸、沉积温度的依赖性，且仅有少量文献研究过多晶薄［#$］表面均方根粗糙度，"与为动力学标度指数，标度膜的表面粗化行为，如M6>5等人发现室温下溅射!［##］函数（%&）具有如下性质：当&"#

5、时，（%&）为常数；沉积的N7膜的!$$C))，0O65P?77K等人得到室温［#’］当&##时，（%&）G&!.因此，当#较小或$较大时，下溅射沉积N;膜的!$$C%$，此外，其他如QK，"!R［>#*］等多晶薄膜也受到了一定程度的关注.但是，这"（#，$）G#；而当#较大或$较小时，"（#，$）G$.其中，生长指数!描述了表面粗糙度随时间的演化些研究较为分散，测定的!值通常在一个较大的范速度，是表征薄膜表面粗化的重要参数.尤为重要的围内变化，对多晶薄膜的表面粗化行为及其生长机是，许多研究者建立了大量的薄膜生长普适方程或理的理解尚存在不足.模型来求取的理论值，证实了不同值对应于

6、不本文利用磁控溅射方法制备0;和S5两种多晶!!同的薄膜生长机理，如对应于随机生长模式薄膜，研究了其表面粗化行为对归一化沉积温度!F#,’的薄膜生长过程，!F#,%对应于线性表面扩散控制!+,!（-其中!+是沉积温度，!-是材料熔点）的依赖!国家重点基础研究发展计划（&"*）项目（批准号：’$$%02(#&*$’）和国家自然科学基金（批准号：)$%"#$*)）资助的课题.!通讯联系人.34-567：89:;<-567.:=>;.?@;.AB4期杨吉军等：多晶薄膜表面粗化与生长方式转变%%%%［%&］性及薄膜生长方式!由结构区域模型（"#$）可知，H；靶I基片距离@G)；沉积束流垂

7、直基片表面入射，相对于绝对温度值，选择!’(!)作为变量能够更准且基台以52F()<3速度旋转，以消除薄膜生长过程［%5］确地揭示薄膜表面演化行为及其生长机理对温度的中的阴影效应；沉积温度!’为512J到K22J，*+依赖性!*+与,-分别是具有较低和较高的熔点的与,-的熔点分别为%51@J与54@BJ，相应的!’(!)材料，当实验中基片加热的绝对温度范围受到限制值分别为274K—2714与27%%—274%!用="$I@K22/时，选择这两种材料有利于拓宽!’(!)值的研究范型