GIÁO TRÌNH Vật lý kỹ thuật màng mỏng

Vật lý kỹ thuật màng mỏng Vật lý kỹ thuật màng mỏng Mục lục Lời nói đầu v Chương Nhập môn vật lý kỹ thuật màng mỏng 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Phương pháp lắng đọng pha hoá học 1.1.2 Phương pháp hoá, hoá l ý kết hợp (CVD) 1.2 Phương pháp bay v ật lý (PVD) 1.2.1 Các khái niệm đại lượng 1.2.2 Kỹ thuật chân không công nghệ màng mỏng 15 1.2.3 Phún xạ 19 Chương Động học chất khí 23 2.1 Ý nghĩa vật lý áp suất nhiệt độ chất khí 23 2.2 Các hàm phân bố phân tử 25 2.3 Tần số va chạm phân tử với bề mặt 29 2.4 Quãng đường tự phân tử khí 32 2.5 Một số tính chất 35 2.5.1 Nhiệt dung hệ khí hai nguy ên tử 35 2.5.2 Khuếch tán 37 2.5.3 Độ nhớt 38 2.5.4 Độ dẫn nhiệt 42 2.6 Dịng khí 43 2.6.1 Chế độ dịng khí 43 2.6.2 Dịng khí chế độ nhớt 44 2.6.3 Dịng khí chế độ Kudsen- Dòng phân tử 45 2.6.4 Độ dẫn cấu trúc dẫn khí 47 Chương Hấp phụ ngưng tụ 3.1 Hấp phụ khí 49 51 3.1.1 Vì khí hấp phụ ? 51 3.1.2 Thời gian lưu trú 53 Vật lý kỹ thuật màng mỏng 3.1.3 Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 54 3.1.4 Epitaxy lớp nguyên tử 57 3.2 Áp suất 62 3.2.1.Áp suất hoạt tính nhiệt 62 3.2.2.Áp suất nguyên tố 63 3.2.3 Áp suất hợp kim hợp chất 68 3.3 Ngưng tụ từ pha 71 3.3.1 Ngưng tụ từ pha đơn 71 3.3.2 Ngưng tụ hợp chất bảo toàn hợp thức 73 3.3.3 Hoá nhanh h ợp chất dễ phân ly 74 3.3.4 Đồng bay – phương pháp “Ba nhiệt độ” 75 3.3.5 Bốc bay phản ứng 77 Chương Vật lý kỹ thuật chân không cao 4.1 Một số loại bơm chân không 79 79 4.1.1 Bơm học 80 4.1.2 Bơm khuếch tán 86 4.2 Nguyên lý chân không 89 4.2.1 Tốc độ bơm 89 4.2.2 Dịng hút khí 93 4.2.3 Độ dẫn hệ chân khơng 95 4.3 Đặc tính chung hệ chân không 96 4.3.1 Các khái niệm động học 96 4.3.2 Các tượng khử hấp phụ, nhả khí th ẩm thấu 101 4.3.3 Đo chân không đơn v ị áp suất 102 Chương Lý thuyết bốc bay chân không 5.1 Tốc độ bốc bay 107 107 5.1.1 Phương trình Hertz-Knudsen 107 5.1.2 Bốc bay tự - thoát phân tử 109 5.1.3 Các chế bốc bay 111 5.2 Phân bố phân tử bốc theo hướng 116 Vật lý kỹ thuật màng mỏng 5.2.1 Định luật phân bố côsin 116 5.2.2 Phân bố phân tử bốc bay từ nguồn điểm 120 5.3 Phân bố màng mỏng theo chiều dày 122 5.3.1 Nguồn diện tích nhỏ nguồn điểm 122 5.3.2 Nguồn hình trịn nguồn đĩa 124 Chương Chế tạo màng mỏng kỹ thuật chân không 6.1 Bốc bay nhiệt 131 131 6.1.1 Giới thiệu chung 131 6.1.2 Nguồn bốc bay dây kim loại 134 6.1.3 Nguồn bốc bay cho vật liệu thăng hoa 138 6.1.4 Chén bốc bay vật liệu chén 139 6.2 Bốc bay chùm tia điện tử 144 6.2.1 Ưu đỉểm phương pháp 145 6.2.2 Cấu hình súng điện tử vật liệu bốc bay tương ứng 145 6.3 Bốc bay laser xung 158 6.3.1 Nguyên lý hoạt động trình vật lý 158 6.3.2 Chế tạo màng mỏng hợp thức 160 6.4 Epitaxy chùm phân tử (MBE) 161 6.4.1 Mô tả thiết bị 161 6.4.2 Chế tạo màng mỏng tinh thể chất lượng cao 164 Chương Phương pháp phún xạ 7.1 Lý thuyết phóng điện phún xạ 167 167 7.1.1 Thiết bị phương pháp phún x 167 7.1.2 Mật độ dòng điện phún xạ 172 7.1.3 Phóng điện phún xạ 184 7.2 Chế tạo màng mỏng phương pháp phún xạ 194 7.2.1 Ưu điểm nhược điểm phương pháp phún x 195 7.2.2 Cơ chế phún xạ 195 7.2.3 Hiệu suất phún xạ 197 Vật lý kỹ thuật màng mỏng 7.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng lên tốc độ lắng đọng 200 7.2.5 Các loại bia phún xạ 203 Chương Các phương pháp phân tích đ ặc trưng màng mỏng 205 8.1 Giới thiệu phương pháp phân tích đặc trưng màng m ỏng 205 8.2 Các phương pháp xác đ ịnh chiều dày màng mỏng 208 8.2.1 Phương pháp đo biên d ạng đầu dị hình 208 8.2.2 Phương pháp đo dao động thạch anh 208 8.2.3 Phương pháp hiển vi giao thoa 210 kim 8.2.4 Màng mỏng quang học đa lớp 211 8.3 Phân tích cấu trúc bề mặt hiển vi điện tử quét lực nguyên tử 217 8.4 Phân tích cấu trúc tinh thể 218 8.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 218 8.4.2 Phương pháp phổ kế quang điện tử tia X (XPS) 221 8.4.3 Vật liệu linh kiện điện sắc 222 8.5 Phương pháp nghiên cứu tính chất quang 226 8.5.1 Phổ truyền qua phản xạ 226 8.5.2 Ellipsomet 227 8.5.3 Màng mỏng nhiệt sắc chuyển mạch nhi ệt – quang 228 8.6 Phương pháp nghiên cứu tính chất điện 232 8.6.1 Phương pháp đo ện trở vuông 232 8.6.2 Phương pháp bốn mũi dò 234 8.6.3 Điot phát quang hữu 235 Tài liệu tham khảo 239 Vật lý kỹ thuật màng mỏng Lời nói đầu “Vật lý kỹ thuật màng mỏng” môn học sở ngành Vật lý kỹ thuật thuộc Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia H Nội Giáo trình “Vật lý kỹ thuật màng mỏng” biên soạn nhằm phục vụ giảng dạy v học tập Khoa Vật lý kỹ thuật Công nghệ nanơ, Trường Đại học Cơng nghệ Giáo trình giúp sinh viên củng cố nắm vững kiến thức kỹ thuật chân không, công nghệ chế tạo m àng mỏng phương pháp phân tích đặc trưng màng mỏng Giáo trình gồm tám chương: Chương Nhập môn vật lý kỹ thuật màng mỏng Chương Động học chất khí Chương Hấp phụ ngưng tụ Chương 4.Vật lý kỹ thuật chân không cao Chương Lý thuyết bốc bay chân không Chương Chế tạo màng mỏng kỹ thuật chân không Chương Phương pháp phún xạ Chương Các phương pháp phân tích đ ặc trưng màng mỏng Giáo trình cịn nhằm mục đích phục vụ đối t ượng học tập nghiên cứu vật lý chân không công nghệ vật liệu ngành kỹ thuật thuộc trường đại học thuộc khoa học tự nhiên, bách khoa, công nghệ nước Trong giáo trình có nhiều liệu tin cậy, cập nhật l àm tài liệu tra cứu, tham khảo cho học vi ên cao học, nghiên cứu sinh hay kỹ sư, kỹ thuật viên làm việc sở sản xuất cơng nghiệp có li ên quan đến kỹ thuật chân khơng cơng nghệ nói chung, đặc biệt công nghệ vật liệu linh kiện dạng màng mỏng Mặc dù sách tài liệu tham khảo vật lý công nghệ màng mỏng giới vô phong phú số lượng chất lượng, nước ta tài liệu tiếng Việt lĩnh vực n ày hạn chế Giáo trình biên soạn sở đúc kết kinh nghiệm nghi ên cứu khoa học giảng dạy vật lý kỹ thuật màng mỏng thân tác giả Hy vọng có tác dụng hữu ích, góp phần thực chủ trương xây dựng Trường Đại học Công nghệ trở thành trường đại học nghiên cứu đặc trưng công nghệ nước ta Vật lý kỹ thuật màng mỏng Trong q trình biên soạn, tác giả khơng tránh khỏi thiếu sót khiếm khuyết Tác giả biết ơn tất độc giả đóng góp ý kiến nhận xét, để giáo trình “Vật lý kỹ thuật màng mỏng” vừa đáp ứng yêu cầu chất lượng vừa có hiệu sử dụng cao tr ường đại học khoa học tự nhiên, đại học kỹ thuật công nghệ, công tác nghiên cứu ứng dụng sản xuất Hà Nội, tháng năm 2005 Tác giả Vật lý kỹ thuật màng mỏng Chương Nhập môn vật lý kỹ thuật màng mỏng 1.1 Giới thiệu chung Khác với khái niệm màng mỏng dân dụng, khoa học kỹ thuật, m àng mỏng hiểu lớp chất rắn phủ lên bề mặt vật rắn khác (vật rắn gọi đế) với chiều dày tới hạn mà hiệu ứng vật lý tính chất thể khơng giống vật liệu khối Nhìn chung, chiều dày màng mỏng đề cập công nghệ vật liệu v linh kiện điện tử, quang điện tử,… nằm khoảng 10  1000 nm Ngày nay, công nghệ chế tạo màng mỏng vô đa d ạng phong phú, bao g ồm nhiều phương pháp khác nhau, t đơn giản đến phức tạp Phụ thuộc v cách chế tạo màng mỏng, người ta chia ph ương pháp thành ba nhóm chính: i) Phương pháp lắng đọng pha hóa học (Chemical vapor deposition - CVD) ii) Phương pháp lắng đọng pha vật lý (Physical vapor deposition - PVD) iii) Phương pháp hóa hóa l ý kết hợp Chúng ta cần hiểu phân chia tương đối Trong sách này, đề cập đến vật lý kỹ thuật màng mỏng chế tạo phương pháp pha vật lý Để phân biệt ph ương pháp vật lý với hai nhóm phương pháp khác, xem xét cách khái quát ph ương pháp CVD phương pháp hóa lý kết hợp Vật lý kỹ thuật màng mỏng 1.1.1 Phương pháp lắng đọng pha hóa học (CVD) Trong phương pháp CVD, pha đư ợc tạo phương pháp hóa học Việc phủ lớp màng mỏng thực nhờ tr ình lắng đọng cụm nguyên tử, phân tử hay ion thông q ua phản ứng hóa học Phương pháp CVD có ưu điểm sau đây: - Hệ thiết bị đơn giản - Tốc độ lắng đọng cao (đến m/phút) - Dễ khống chế hợp thức hóa học hợp chất v dễ dàng pha tạp chất - Có khả lắng đọng hợp kim nhiều th ành phần - Có thể tạo màng cấu trúc hồn thiện, độ cao - Đế xử lý trước lắng đọng q trình ăn mịn hóa học - Có thể lắng đọng lên đế có cấu hình đa dạng, phức tạp Nhược điểm phương pháp là: - Cơ chế phản ứng phức tạp - Đòi hỏi nhiệt độ đế cao phương pháp khác - Đế dụng cụ thiết bị bị ăn m ịn dịng - Khó tạo hình linh kiện màng mỏng thơng qua kỹ thuật mặt nạ Đặc trưng phương pháp CVD phân biệt phản ứng hóa học q trình lắng đọng Có bốn loại phản ứng chính, l à: Phản ứng phân hủy: AB (khí)  A (rắn) + B (khí), thí dụ: SiH 800  1300 oC  Si  2H Phản ứng khử: Có thể xem phản ứng phân hủy có tác động chất khí khác, thí dụ: SiCl4  2H  Si  4HCl Trong nhiều trường hợp chất khử l kim loại, Zn chẳng hạn Vận chuyển hóa học: 10 Vật lý kỹ thuật màng mỏng Phương pháp thường áp dụng để chế tạo vật liệu khó tạo pha h ơi, thí dụ: Si(r  tt)  2I 2(k) 1100 oC SiI (k) 1100 oC Si(r)  SiI (r) 2SiI 2(k) 2SiI2(k) 900 oC Si(r  m)  SiI 4(k) đó: (r-tt) ký hiệu trạng thái rắn-tinh thể; k ký hiệu trạng thái khí; (r-m) ký hiệu rắn dạng màng mỏng Phản ứng trùng hợp (polymerization): Quá trình trùng hợp thường thực nhờ: - Bắn phá điện tử ion - Chiếu xạ quang, tia X, tia  - Phóng điện - Xúc tác bề mặt Phương pháp CVD dùng để chế tạo màng mỏng chất bán dẫn nh Si, AIIBVI, AIIIBV, màng mỏng ơxít dẫn điện suốt nh SnO2, In2O3:Sn (ITO), màng mỏng điện môi SiO2, Si3N4, BN, Al 2O3, … màng mỏng kim loại 1.1.2 Phương pháp hóa, hóa l ý kết hợp Đó phương pháp l ắng đọng dung dịch pha lỏng, ph ương pháp sol-gel, phương pháp phun dung d ịch,…Nhóm phương pháp c ũng phong phú, độc giả quan tâm tham khảo từ t ài liệu hay giáo trình có nước hay nước 1.2 Phương pháp bay vật lý (PVD) 1.2.1 Các khái niệm đại lượng Lắng đọng pha vật lý sản phẩm pha ngưng tụ tạo phương pháp vật lý, sau lắng đọng lên đế tạo thành màng Vật lý kỹ thuật màng mỏng 11 mỏng Cách “vật lý” tạo pha đốt nóng vật liệu cần bốc bay (hay gọi vật liệu gốc) thuyền điện trở hay chén bốc bay, nh mô tả hình 1.1 Chúng gọi “nguồn nhiệt” hay nguồn bốc bay Các kiểu nguồn có dạng đặc biệt bình xác (hình 1.2.) hay chùm tia điện tử hội tụ (súng điện tử, hình 1.3) Ngày có nhiều cách hố vật lý khác hoá laze cộng hưởng với chùm photon mạnh (lắng đọng laze xung; hình 1.4), bắn phá bia nguồn ion có lượng cao Hình 1.1 (phún xạ, hình 1.5) Các kỹ Ảnh số kiểu nguồn bốc bay làm từ kim loại khó nóng chảy thuật thực -6 -4 chân cao (10 -10 Torr) siêu cao (10 Torr) Phún xạ thực áp suất khí ứng với chân khơng thấp (cỡ 10 3-10 Torr), trước đưa khí vào buồng phún xạ, buồng hút chân không cao Hình 1.2 Ảnh thuyền chén làm nguồn bốc bay 12 Vật lý kỹ thuật màng mỏng Hình 1.3 Ảnh nguồn bốc bay ch ùm tia điện tử với cấu hình khác Hình 1.4 Bốc bay laser Vật lý kỹ thuật màng mỏng 13 Hình 1.5 Phún xạ catốt Để làm quen với khái niệm đại lượng kỹ thuật chân không công nghệ màng mỏng, cần thống t ên gọi thuật ngữ chuyên mơn Trên hình 1.6 trình bày s đồ hệ chân không với ký hiệu tương ứng đại lượng: Nguồn hoá nơi cung cấp nhiệt cho vật liệu gốc để tạo phân tử (phân tử gọi chung cho nguyên tử, cụm nguyên tử); Tsource nhiệt độ nguồn hóa Áp suất cân nhiệt ( Peq ) vật liệu gốc bình Tần suất va chạm phân tử h (z ) số lần phân tử va chạm với mặt thành bình đơn vị diện tích giây, tỷ lệ thuận với Peq Cường độ chùm tia nguồn ( J  ) số phân tử phát xạ đơn vị góc khối giây, l đại lượng đặc trưng cho nguồn hố Nếu kích thước lỗ hổng ( A ) nhỏ so với khoảng cách từ nguồn 14 Vật lý kỹ thuật màng mỏng đến đế phân bố góc phát xạ phân tử coi phân bố theo định luật cosin lý tưởng Phân bố lý tưởng phụ thuộc vào yếu tố khác kể phân tử phát xạ trải qua va chạm tr ên đường tới đế Quãng đường tự () phân tử vật liệu bay h va chạm với phân tử khí cịn lại chng (khí dư) phụ thuộc vào mức độ chân không chuông Để bốc bay, quãng đường tự phải lớn nhiều khoảng cách từ nguồn đến đế (sau n ày gọi tắt khoảng cách nguồn-đế) Dòng tới ( ji ) mật độ dòng phân tử bay tới bề mặt đế hay l số phân tử va chạm đơn vị diện tích bề mặt đế thời gian giây, hàm góc phát xạ , khoảng cách R góc lắng đọng  (góc tạo đường bay phân tử với pháp tuyến mặt phẳng đế) Dòng ngưng tụ ( j c ) tỷ lệ thuận với ji , cịn phụ thuộc vào hệ số lắng đọng màng dịng tái hố h liên quan đến nhiệt độ đế Tốc độ lắng đọng màng (v n ) độ dày màng tăng thêm theo hướng pháp tuyến với bề mặt giây Nó đ ược xác định lượng vật chất lắng đọng tr ên màng khoảng thời gian Hình 1.6 Các đại lượng bốc bay chân không Vật lý kỹ thuật màng mỏng 15 Chúng ta đề cập đến nguyên lý lý thuyết để tính tốn mơ hình hố bước công nghệ màng mỏng Cũng cần nhấn mạnh lý thuyết lắng đọng pha h vật lý rộng, bao gồm nhiều lĩnh vực khác khoa học vật liệu nói chung Hiểu biết tốt thuyết động học chất khí (ch ương 2) cho phép n ắm vững dự báo hành vi chất khí Đối với lắng đọng pha vật lý, khái niệm quan trọng l tần suất va chạm Đó số lần va chạm đơn vị diện tích giây mà chất khí tác động lên bề mặt vật rắn, thành chuông hay đế Tần suất va chạm tính từ thuyết động học, tỷ lệ thuận với áp suất: z P  2.mkT  1/2 (1.1) , đó: P áp suất khí, m khối lượng phân tử va chạm, k số Boltzmann, T nhiệt độ K Ứng dụng Tính tần suất va chạm phần tử khí c ịn lại chng chân khơng 10 Torr Cho rằng, chất khí dư chng chủ yếu phân tử nitơ Trước hết, cần đổi đơn vị áp suất từ Torr sang Pa: 10 Torr = 133 x 10 Pa = 1,33 x 10 Pa Lấy nhiệt độ phòng 300 K, tần suất va chạm phân tử nit (28 đơn vị khối lượng ngun tử) tính theo cơng thức 1.1., có: 4 z  1,33 10 Torr 2 28  1, 66 10 27 kg 1,38 10 23 J / K  300K  1/  3,8  1018 m 2s 1 Từ khái niệm tần suất va chạm, đặt câu hỏi “Một đế đặt chuông chân không c òn giữ bao lâu?” Với 16 Vật lý kỹ thuật màng mỏng có mặt phân tử khí cịn sót lại chng, thời gian hấp phụ đ ơn lớp tính theo công thức: t rg  Ns (1.2), .z rg đó: N c mật độ bề mặt vị trí hấp phụ ,  xác suất bẫy phân tử khí va chạm (ch ương 3) Ứng dụng Cho đế silic xử lý đặt chng chân khơng có khí dư nitơ, áp su ất chuông 10 Torr Xác định thời gian để người thực hành phải bốc bay trước bề mặt silíc bị hấp phụ ho àn tồn ngun tử khí nitơ Mật độ ngun tử silíc tinh thể n sub   10 28 m 3 Mặc dù mật độ xác nút mạng bề mặt tinh thể phụ thuộc vào định hướng mạng tinh thể silíc, cách gần cho mật độ vị trí hấp phụ (nút 2/3 mạng) bề mặt N s  n sub , N s  1,4  1019 m 2 Chúng ta giả thiết rằng, vị trí hấp phụ ngun tử khí nitơ dư chng cho xác suất bẫy 1.Do thời gian h ình thành lớp mỏng khí hấp phụ l (chúng ta đưa thêm số vào biểu thức tính trg có tính đến độ phân ly phân tử N 2): t rg  Ns 2z rg  1, 1019 m 2  3,8 1018 m 2s 1  1,8s Đây khoảng thời gian để bề mặt đế không bị nhiễm bẩn khí nit Điều cho thấy, chân khơng cao nh mà thấy khả nhiễm bẩn hấp phụ khí dư Thuyết động học áp dụng để tính tốn cho nhiều mơ hình khác tính chất tượng xảy lắng đọng pha vật lý  Hấp phụ ngưng tụ Trong công nghệ màng mỏng, tượng hấp phụ ngưng tụ (chương 3) tích tụ màng mỏng đế (nhiều tác giả gọi mọc màng) Khoa học lắng đọng bao gồm tính tốn áp suất cân nhiệt vật chất v xác định điều kiện b ão hoà đế Vật lý kỹ thuật màng mỏng 17 Áp suất cân nhiệt chất A đ ược tính công thức:    vap HA0   vap SA   exp , PAeq  P exp  R RT (1.3) đó: P0  vapSA áp suất chuẩn (10 Pa), entropi chuẩn pha hơi,  vap HA0 enthalpi chuẩn pha hơi, R số khí, T nhiệt độ tuyệt đối Dưới thí dụ ứng dụng cơng thức (1.3) Chúng ta phân tích cơng trình Esposto cộng sự, họ cho nắp vỏ bia lon d ùng làm nguồn bốc bay Mg cách hiệu Theo phân tích hóa học, nắp tr ên lon bia làm từ hợp kim nhôm chứa 1% Mg v 1,3% Mn Câu hỏi đặt dòng chất thực tế nhận từ hợp kim nhơm đặt vào bình hóa hơi? Có thể Mg khơng? Trong dịng có chứa nhiều Mn Mg khơng? để trả lời câu hỏi cần hai công thức từ chương Cường độ chùm phân tử bình lý tưởng (bình Knudsen) tính cơng thức: zA cos  , (1.4) J   A diện tích lỗ hổng bình  góc phát xạ Dịng phân tử bay tới đế (dòng tới): j  i J cos  (1.5) R Sự liên quan cho ta dòng phân t điểm bề mặt đế, tr ên đơn vị diện tích đơn vị thời gian Ở đây,  góc lắng đọng (hình 1.6) R khoảng cách từ nguồn tới điểm xét tr ên đế 18 Vật lý kỹ thuật màng mỏng Ứng dụng Tính cường độ chùm phân tử hợp kim mô tả đặt bình (hình 1.6) Diện tích lỗ hổng cm2 khoảng cách tới đế 10 cm Bình cấp nhiệt ổn định 900 K Giả thiết o điểm xét đế thẳng góc với lỗ hổng (  = ) Trước hết, tính áp suất h cân nhiệt ba thành phần hợp kim đặt bình Cho dung dịch lỏng lý tưởng, áp suất thành phần coi áp suất vật liệu nhân với hệ số nguyên tử hợp kim đó: PA Tsource   X A PAep Tsource  Các đại lượng entropi enthapi phân tử chuẩn pha thành phần (từ chương 3) hàm lư ợng nguyên tử tương ứng liệt kê bảng đây:  vapSA0 (J / K)  vap HA0 (kJ) X Magiê (Mg) 99 134 0,01 Mangan (Mn) 106 247 0,013 Nhôm (Al) 118 314 0,977 Áp suất Mg là: 134kJ  99J / K    P (900K)  0,01105Pa exp  exp  8,31J / K 900K   2,47Pa Mg 8,31J / K     Tương tự: 6 PMn (900K)  2,05 10 Pa, 8 PAl (900K)  8,38 10 Pa Thấy P M g   P M n  P A l , nồng độ Mg Mn gần giống nhỏ nhiều nồng độ Al nguồn bốc bay Do sử dụng hợp kim hay hợp chất chứa Mg l àm nguồn bốc bay, cần lưu ý đến điều Các áp suất ứng với tần suất va chạm định b ên bình Đối với pha Mg có: Vật lý kỹ thuật màng mỏng zMg (900K)  19 2, 47Pa [2 24,311,66 10 kg  (1,38 1023 J/K) 900K ] 27 1/2  4, 10 22m2s 1  4, 10 (nm) 2 s1 Bằng cách tương tự, nhận được: z M n (9 0 K )  ,  z A l (9 0 K )  1,  2 3 (nm ) 2 s ( n m )  s 1 1 Các tần suất va chạm định dòng phân tử riêng phần cho chất bình Knudsen Do đó, bề mặt lỗ hổng, có: J  M g ( o )  ,  ( n m )  s 1  c o s ( o )  c m 2/   1,  18 s 1 J M n ( o )  ,  11 s 1 J  A l (0o )  ,  10 s 1 Vì thế, cường độ dịng phân tử tới Mg lớn gấp bậc so với cường độ dịng thành phần cịn lại Thí dụ xét tới độ lớn d òng tới bề mặt đế hình thành từ dòng phân tử Ứng dụng Tính dịng phân tử đế tương ứng với dịng phân tử thí dụ Cho vị trí xét đế nằm thẳng góc mặt phẳng lỗ (   ) Sử dụng giá trị cường độ dòng biết, dòng phân tử lắng đọng vị trí đế: jiM g 1,  18 s 1 c o s (0 o) 1 c m  jiM n  ,  jiA l  ,  5 6  ,  ( n m )  2.s ( n m )  s  ( n m )  2.s  1 20 Vật lý kỹ thuật màng mỏng Dòng lắng đọng Mg lớn gấp h ơn bậc so với dòng lắng đọng hai thành phần cịn lại Như có phân bố th ành phần màng Một cách gần thấy mangan v nhôm lại trở thành tạp chất màng mỏng magiê với hàm lượng thấp, tương 7 8 ứng ,  ,  Một điều lý thú với hàm lượng nhôm mangan màng t ạo thành nhỏ vậy, nắp vỏ lon bia hoàn tồn sử dụng làm nguồn “sạch” để bốc bay Mg Tuy nhiên cần lưu ý nguồn vật liệu gốc không đủ để tr ình bốc bay dừng trước Mg bay hết bề mặt màng chủ yếu lại Mn Al Vì vậy, thực tiễn bốc bay m àng Mg, người ta dùng nguồn kim loại Mg tinh khiết để bảo đảm bốc bay m àng chất lượng cao  Nếu lớp màng Mg mọc đế, dòng phân tử Mg bị q bão hồ, lúc xảy tượng khuếch tán ngược phân tử Mg Thực tế rút từ phương trình Hertz-Knudsen-Langmuir (hình 1.7), xem xét chương Phương trình Hertz-Knudsen-Langmuir mơ tả dịng ngưng tụ đế tỷ lệ thuận với hiệu số dòng phân tử va chạm từ nguồn bố c bay dòng tái hố từ đế (dịng khuếch tán ngược): jc   c  ngưng tụ c   j i  z eq  Tsu b   ,  (1.6) hệ số ngưng tụ cho biết tỷ phần phân tử va chạm v Độ bão hoà điều kiện mọc màng (chương 3) đư ợc mơ tả phương trình: S  ji z eq  T sub   (1.7) Bất đẳng thức có nghĩa j i cần phải lớn tần suất va chạm nhiệt độ đế mà màng mỏng ngưng tụ đế Điều khơng có nghĩa đơn