Rast filmova

Svi procesi taloženja tankog filma sastoje se od tri koraka:

1. proizvodnja vrsta koje tvore film

2. transport tih vrsta od izvora do supstrata

3. kondenzacija i šivanje na podlozi

U PVD-u prvi korak je isparavanje ili sputtering, drugi korak podrazumijeva vidljivi transport ako je procesni tlak vrlo nizak i postoji mali vjerojatnost sudara ili prijenosa protoka ako je visok pritisak. Vrsta prijevoza utječe na stvarni rast filma u trećem koraku.

Kada atom stigne na površinu supstrata i adsorbira se, raspršit će se na površini sve dok se ne desorbira ili zaglavi na energetski povoljno mjesto. Ova površinska difuzija ovisi o energiji atoma pri dolasku na površinu i ako se supstrat opskrbljuje dodatnom energijom, npr. Zagrijavanjem ili ionskim bombardiranjem. Energija atoma ovisi o tlaku u komori za taloženje, visoki tlak smanjuje energiju zbog gubitaka energije u sudarima. Bombardiranje ionske površine moguće je u metodama baziranim na plazmi i može se kontrolirati negativnim naponom prednapona supstrata s obzirom na plazmu.

Ako se atomi prijanjaju na drugi atom filma na površini, stvara se par malih pokretljivosti i to povećava vjerojatnost da se još jedan atom pridržava njih. Kod kritičnog broja atoma, ili kritične veličine jezgre, nastaje jezgra. Te jezgre će se razviti do kristalnih otoka koji će se međusobno zbližavati kada se međusobno susreću i napokon formira kontinuirani film. Ovisno o procesnim parametrima, rast filma će se nastaviti na različite načine dajući različite mikrostrukture. Film može rasti sloj po sloj ili na 3D otocima ili u kombinaciji tih dvaju načina rasta.

U PVD film rast je često stuparan, tj. Kristaliti rastu u stupovima s više ili manje razvijenim granicama zrna između njih. Granice zrna mogu sadržavati šupljine i pogoršavaju većinu svojstava filma, ali stvarni gusti, stupni film može imati na primjer izvrsna tribološka svojstva. Kompletna gusta mikrostruktura u filmu često je vrlo poželjna. Kako se gusti mikrostruktura potiče ionskim bombardiranjem rastućeg filma, takvi se filmovi često mogu polagati pomoću PVD metoda u plazmama visoke gustoće.

Razvijeno je nekoliko modela rasta filmova za utjecaj uvjeta taloženja na mikrostrukturu filma. Uobičajeno se koriste empirijska struktura zona modela gdje su različiti načini rasta (zone) identificirani u dijagramu za različite temperature i temperaturne omjere taljenja (T / T m). Opsežan pregled takvih modela objavio je John A. Thornton 1977. godine, a slijedi kratki sažetak ovoga. Movchan i Demchishin napravili su sljedeću klasifikaciju: Zona 1 se pojavljuje kada je T / T m <0,3 i="" karakterizira="" visoka="" hrapavost="" površine="" i="" granice=""> Zona 2 se pojavljuje kada je 0,3 <0,5, a="" karakterizira="" ga="" mat,="" glatke="" površine="" i="" stupčaste="" žitarice="" s="" različitim,="" gustom=""> Zona 3 pojavljuje se kada je 0,5 <1, a="" karakterizira="" svijetla="" površina="" i="" ravnopravna=""> Struktura i svojstva ove zone su blizu rasutog materijala. Thornton je predložio prošireni model gdje se utjecaj tlaka procesnog plina dodaje u drugu os na dijagramu. U ovom dijagramu se može identificirati četvrta zona (zona T, prijelaz) između zone 1 i zone 2. Struktura zone T je gusta i vlaknasta, bez granica zrna.