b) Vị trí hấp phụ điển hình trên mạng bề mặt.
2.5.1. Mơ hình cấu trúc.
Sư ï liên kết của các mầm bề mặt tăng trư ởng để thành lập màng liên tục, đĩ là bư ớc thư ù 5 – phát triển cấu trúc màng. Quá trình này rất quan trọng để xác định cấu trúc, hình thái, thư ờng đư ợc gọi là vi cấu trúc và hình thái học .
Trong truờng hợp màng đư ợc phủ bằng kỹ thuật bay hơi, như õng thơng số chủ yếu là 1) bản chất đế, 2) nhiệt độ đế trong quá trình lắng đọng, 3) vận tốc lắng đọng và 4) độ dày màng phủ .
Ngư ợc với dư ï đốn bằng trư ïc giác, sư ï lắng đọng khơng tiến triển trên lớp đơn để tăng trư ởng thành màng liên tục. Thay vào đĩ, mầm ba chiều đư ợc thành lập tại các vị trí thuận lợi trên bề mặt đế, ví dụ tại khe nư ùt, bậc trên đế tinh thể đơn giản, ở đĩ mầm phát triển một phía và theo chiều dày (như đư ợc gọi là sư ï tăng trư ởng theo tầng). Khi độ dày của chúng đủ mư ùc để các mầm xếp khít nhau, thì màng sẽ bắt đầu liên tục. Độ dày trung bình để thành lập màng liên tục phụ thuộc vào nhiệt độ lắng đọng v àvận tốc lắng đọng (cả hai đều ảnh hư ởng đến độ linh động của nguyên tư û hấp phụ ), và biến đổi tư ø 10A0 đối với Ni ở nhiệt độ ngư ng tụ 150K đến 1000 A0 đối với Au ở nhiệt độ ngư ng tụ6000K trên đế tinh thể NaCl. Đây là một vấn đề phư ùc tạp vì nĩ phụ thuộc vào nhiều sư ï kiệnc hủ yếu như tốc độ tạo mầm (số lư ợng mầm sinh ra trong một đơn vị thời gian ), vận tốc tăng trư ởng (độ tăng về kích thư ớc hoặc về khối lư ợng trong một đơn vị thời gian ) và độ linh động bề mặt của nguyên tư û lắng đọng.
Vi cấu trúc và hình thái học của màng dày đã đư ợc nghiên cư ùu rộng rãi đối với kim loại, hợp kim và hợp chất khĩ nĩng chảy. Mơ hình cấu trúc đầu tiên đư ợc Movchan và Demchischin đư a ra tư ø năm 1969 (hình 2.5.1) và sau đĩ Thorn ton hồn thiện tư ø năm 1974 (hình 2.5.2) .
Mơ hình (2.5.1) đư a ra để mơ hình hố cấu trúc của màng, như ng khơng chú ý vùng chuyển tiếp của mơ hình Thornton, vùng T. vùng này khơng đáng kể với quá trình lắng đọng của kim loại tinh khiết hay pha hợp kim đơn giản, như ng trở nên quan trọng đối với quá trình lằng đọng của hợp chất khĩ nĩng chảy hoặc hợp kim phư ùc tạp bằng bay hơi và bằng các dạng lắng đọng, ở đĩ cĩ áp suất riêng phần của khí trơ hoặc khí hoạt tính, như phún xạ mạ ion, …
Đặc trư ng cấu trúc cuả bốn vùng cơ bản đư ợc trình bày trên hình 2.5.2, ở đĩ T TM _ tỷ số giư õa nhiệt độ đế T với nhiệt độ nĩng chảy TMcủa vật liệu tạo màng . (theo 0K)
Vùng I xảy ra khi T TM nhỏ đến mư ùc cĩ thể bỏ qua sư ï khuếch tán bề mặt, khi
a
trong phư ơng trình (2.2.12). Cấu trúc phát triển như tinh thể hình nến tư ø một so á mầm giới hạn. Nĩ khơng phải là cấu trúc mật độ khối mà chư ùa như õng lỗ xốp dọc giư õa các vi tinh thể nến, cĩ độ rộng vài trăm A0. Nĩ cũng chư ùa sai hỏng với mật độ lớn và ư ùng suất dư cao .
Vùng T cũng xảy ra khi a. Trong vùng này, ảnh hư ởng của sư ï bắn phá ion đối với vi cấu trúc màngđư ợc chú ý hàng đầu. Aûnh hư ởng này đư ợc thấy rõ nhất trong vùng nhiệt độ thấp của mơ hình Movchan-Demchischin, ở đĩ độ linh động do ảnh hư ởng của nhiệt độ là rất bé. Ởû đây, năng lư ợng và xung lư ợng của như õng hạt bắn phá đã chuyển sang như õng nguyên tư û bề mặt và như õng nguyên tư û nằm sâu hơn trong màng (~0.5A0). Khi đĩ chúng làm gia tăng độ linh động và làm dày đặc vi cấu trúc màng thơng qua quá trình phún xạ vì tái phân bố. Vì vây, trong vùng này màng cĩ cấu trúc sợi bĩ chặt, khơng cịn lỗ xốp và vịm như ở vùng I .
Vùng II, xảy ra khi T TM > 0.3_ T đủ lớn để khuếch tán bề mặt trở nên cĩ ý nghĩa. Nĩ là cấu trúc cột cĩ biên hạt bĩ chặt và cĩ đặc trư ng là đư ờng kính cột tăng khiT TM tăng. Tinh thể cột cĩ sai hỏng thấp hơn vùng I và vùng T, và thư ờng cĩ nhiều mặt nhỏ trên màng. Cấu trúc vùng II cũng cĩ thể xảy ra trong màng vơ định hình, ở đĩ biên cột là phẳng .
73
Vùng III, xảy ra khi T TM > 0.5_ T đủ lớn để cĩ thể xem như đốt nĩng vật liệu khối c ủa màng trong quá trình đọng. Đặc trư ng của vùng này là tính đẳng hư ớng nhiều hơn, hoặc dạng vi tinh thể cĩ tính đẳng trục. Bề mặt màng thư ờng nhẵn hơn vùng II, như ng biên hạt cĩ thể phát triển thành khe, rảnh .
Sư ï đẳng nhiệt T là định thư ùc chủ yếu của cấu trúc. Màng ở vùng I và vùng T là kết quả của quá trình “tăng trư ởng dập tắt”. Ở đĩ sư ï di chuyển vật liệu hấp thụ do nhiệt cĩ thể bỏ qua; trong lúc đĩ màng ở vùng II và vùng III là kết quả của quá trình nhiệt kích hoạt, làm hạt phân bố lại ở trên hoặc bên trong màng. Chúng ta hãy lần lư ợt bàn luận hai chế độ phát triển cấu trúc này.