第八讲薄膜材料的组织结构
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薄膜材料作业问题一:薄膜的结构形态有哪些类型,如何控制薄膜的结构?薄膜结构有三种类型:组织结构、晶体结构和表面结构。
(一)组织结构:薄膜的组织结构是指它的结晶形态。
四种类型;无定形结构、多晶结构、纤维结构和单晶结构。
1、无定形结构该结构称为非晶结构或玻璃态结构。
原子排列:近程有序结构。
就是在2—3个原子距离内原子排列是有秩序的,大于这个距离其排列是杂乱无规则的。
这种结构显示不出任何晶体的性质。
通过降低基体温度、引入反应气体和掺杂方法实现上述条件。
如硫化物和卤化物薄膜在基体温度低于77K时可形成无定形薄膜。
有些氧化物薄膜(如TiO2、ZrO2、Al2O3等),基体温度在室温时都有形成无定形薄膜的趋向。
在83%ZrO2—l7%SiO2的掺杂薄膜中,由于两种沉积原子尺寸的不同—形成无定形薄膜。
无定形结构薄膜在环境温度下是稳定的。
氧化物、硫化物薄膜等—呈不规则的网络结构(玻璃态);合金薄膜—呈随机密堆积的结构。
用衍射法研究时,这种结构在射线衍射中呈现很宽的漫散射峰,在电子衍射图中则显示出很宽的弥散形光环。
2、多晶结构。
多晶结构薄膜—由若干尺寸大小不等的晶粒所组成。
在薄膜形成过程中生成的小岛就具有晶体的特征(原子有规则的排列)。
由众多小岛聚结形成薄膜就是多晶薄膜。
在多晶薄膜中,常常出现一些块状材料中未曾发现的介稳相结构。
例的在ZrO2薄膜中常存在着介稳四方相。
掺入Y2O3可防止介稳相产生而形成稳定的立方相。
3、纤维结构纤维结构薄膜—晶粒具有择优取向的薄膜根据取向方向、数量分为:单重纤维结构和双重纤维结构。
单重纤维结构晶粒只在一个方向上择优取向—一维取向薄膜;在两个方向上有择优取向—二维取向薄膜。
非晶态基体:多晶薄膜都倾向于显示出择优取向例如:面心立方结构中[111]表面具有最低的表面自由能,在非晶态基体上这种结构的多晶薄膜显示的择优取向是[111]。
六角形密堆积多晶薄膜显示[0001],体心立方结构的多晶薄膜显示[110]择优取向。