b) Vị trí hấp phụ điển hình trên mạng bề mặt.
2.5.2.Sự tăng trưởng dập tắt (Quenched growt h)
Khi liên kếtđầu tiên của adatom với bề mặt màng đủ lớn và nhiệt độ màng T đủ thấp, thì khuếch tán bề mặt khơng đủ thời gian để xảy ra trư ớc khi lớp nguyên tư û tiếp theo phủ vào, tư ùc nguyên tư û trở nên bất động tại vị trí chúng đe án. Điều đĩ đư ợc ngư ời ta gọi là phủ màng “đạn đạo”, vì tính chất của màng phủ đư ợc xác định bằng hư ớng đến của hơi. Cĩ thể nghĩ rằng, phư ơng pháp phủ màng đĩ sẽ cho màng phẳng và đồng nhất, đặc biệt khi hơi đến đồng nhất và trư ïc giao, ví dụ phủ màng trong chân khơng cao tư ø nguồn điểm và đế phẳng như thuỷ tinh hay mẫu Si đã đư ợc đánh bĩng hố học. Tuy nhiên, ngay cả khi hai điều kiện trên đư ợc thoả mãn, vẫn cĩ hai sư ï kiện luơn luơn làm màng ghồ ghề và chư ùa nhiều lỗ trống. Đĩlàsư ï ghồ ghề cĩtính thống kêvà hiệu ư ùng tư ï_che chắn .
Nguyên nhân của sư ï ghồ ghề thống kê là sư ï thăng gián thống kê của dịng hơi đến. Hiệu ư ùng này cĩ thể trình bày theo mơ hình đơn giản : nguyên tư û cĩ bán kính a đến trư ïc giao ở trạng thái ổn định như ng trên các vị trí ngẫu nhiên của bề mặt. Kết quả là hình thái học của bề mặt sau khi phủ với số hạt trung bình N, sẽ cĩ độ cao trung bình h_ tư ùc độ dày màng h aN. Khi N đủ lớn, như đư ợc chư ùng minh bằng tốn học, sư ï phân bố Gauss với độ lệch chuẩn là: h a N a
chính là số đo của độ ghồ ghề màng; hoặc độ tản mạn của h xung quanh h. Trong vúng tăng trư ởng I, sư ï khuếch tán bề mặt hồn tồn bị dập tắt .
Tư ï_che chắn là sư ï kiện thư ù hai làm cho màng kho âng phẳng và tạo lỗ trống trong cấu trúc cột của vùng I. Để hiểu rõ hiệu ư ùng này, chúng ta hãy chú ý mơ hình của nguyê tư û tới như trên hình (2.5.3) . ' h A ' l A ' h A h A h A Al a) b) c) + +
Nguyên tư û tới khơng thể nằm trên đỉnh của hạt khác , mà đư ợc xếp đặt bên cạnh, ở đĩ xác lập độ dài liên kết ổn định với hạt lân cận gần nhất. Điều đĩ đư ợc gọi là“sư ï kết tụ đạn đạo” hình (2.5.3a). Do kích thư ớc nguyên tư û là hư õu hạn (a>0), kết tụ cĩ thể cĩ cấu trúc lồi ra như ở hình (2.5.3b), ở đĩ diện tích nhỏ bị che chắn khơng đư ợc phủ màng. Cĩ trư ờng hợp diện tích tập hợp hơi tăng tư ø Ah đến A’h và diện tích che chắn giảm tư ø Al đến A’l . Đĩ là “hiệu ư ùng kích thư ớc hư õu hạn ” . Sư ïlồi ra thêm là sản phẩm của lư ïc hút nguyên tư û hơi đập vào mặt bên của cột nnhư trên hình (2.5.3c). Như vậy, ngay cả khi phủ màng trư ïc giao, cấu trúc cột trong vùng I sẽ thành lập lỗ do che chắn giư õa chúng. Tư ø hình (2.5.3b) và (2.5.3c) ta cũng thấy, sư ï kiện tư ï_che chắn càng làm tăng bậc ghồ ghề, ngồi độ ghồ ghề do thăng gián thống kê gây nên .
Khi hơi đập vào theo hư ớng nghiên g một gĩc , như trên hình (2.5.3d), thì hiệu ư ùng che chắn tăng. Thư ïc nghiệm và lý thuyết chư ùng tỏ rằng, độ nghiên hình học của cột thoả nguyên tắc tangent : (hình 2.5.3e)
2tg tg
ở đĩ, 0 2.
Chú ý rằng, trên kia chúng ta đã khảo sát độ ghồ ghề đầu tiên, gây nên bởi tính ghồ ghề thống kê trên mặt đế phẳng hồn tồn. Khi màng đạt đến độ dày nào đĩ, thì độ ghồ ghề của màng do nguyên nhân tư ï_che chắn trội hơn, và tại độ dày đĩ lỗ trống bắt đầu thành lập .
Quá trình gia tăng năng lư ợng cĩ thể giảm lổ trống, do màng nhận đư ợc động năng tịnh tiến của hạt nặng (ion hay nguyên tư û siêu nhiệt). Ion cĩ thể là của hơi vật liệu phủ như trong phư ơng pháp bay hơi hồ quang hay chùm điện tư û, hoặc ion khí trơ, như Ar trong quá trình phĩng điện ẩn. Nguyên tư û siêu nhiệt cĩ mặt trong chùm khí động lư ïc, trong ăn mịn laser ( laser allation ), trong phủ màng phún xạ.
Cĩ bốn cơ chế giảm lỗ trong sau đây :
Hình 2.5.3. Quá trình nguyên trong tử tăng trưởng dập tắt.
a) Sư ï kết tụ đạn đạo; b) Hiệu ư ùng kích thư ớc hư õu hạn; c) Lư ïc hút mặt bên; d) Sư ï che chắn nghiêng; e) Hiệu ư ùng tangent; g) Lấp đầy lỗ trống bằng hạt năng lư ợng cao do gia tăng độ linh động (trái) và phún xạ phía trư ớc (phải) .
1/ Đốt nĩng định xư ù do “xung nhiệt” khi va chạm và kết quả là gây nên sư ï khuếch tán định xư ù .
2/ Độ cong quỉ đạo bé hơn do vận tốc lớn .
3/ Độ linh động của adatom va chạm cao hơn, và chúng cĩ thể chuye ån động thẳng vào bên trong lỗ .
4/ Phún xạ phía trư ớc của các adatom khác vào lỗ trống .
Hai cơ chế sau là chủ yếu và đư ợc minh hoạ trên hình (2.5.3g). Độ linh động của adatom va chạm lớn đến mư ùc để vận tốc khuếch tán bề mặt đạt đến vài khoảng cách nguyên tư û và cịn thư øa động năng để tiêu tán bên trong khối. Trong hiệu ư ùng phún xạ phía trư ớc, hạt nặng truyền xung lư ợng cho adatom, làm cho adatom này tán xạ về phía trư ớc.