Textúra kialakulása polikristályos vékonyrétegekben

Adamik Miklós és Barna B.Péter

MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet, 1121 Budapest, Konkoly Thege u. 29-33.

A polikristályos vékonyrétegek szerkezetkialakulása leírható néhány alapjelenség segítségével, melyek a rétegépülés során fellépő atomi folyamatok összességeként jelennek meg, ugyanakkor közvetlenül meghatározzák a rétegek szerkezetét. A három alapjelenség: a magképződés, a kristálynövekedés és a szemcsenövekedés. Valós körülmények között a rétegleválasztás során jelentős mennyiségű szennyező épülhet be a rétegekbe amelyek bizonyos esetekben még a detektálási határ alatti koncentráció esetén is megváltoztathatják a szerkezetet. Ezért a szerkezetkialakulás megértéséhez illetve leírásához figyelembe kell venni egy negyedik alapjelenséget: a szennyezők folyamatindulálta kinetikus szegregációját. A szegregált idegen fázis fékezheti illetve megállíthatja a kristálynövekedést a réteg szabad felületén, valamint a szemcsehatármozgást, lefogva ezzel a szemcsenövekedést. Az előbbi esetben a rétegépülés másodlagos magképződéssel folytatódik. Mindkét esetben a rétegszerkezetek két fő jellemzője, a szemcseszerkezet (méret és morfológia) valamint a textúra lényegesen megváltozhat.

A rétegek szerkezetkialakulásában alapvető szerepet játszik két paraméter: a hordozóhőmérséklet, és a rétegbe beépülő szennyezők koncentrációja. A különböző hordozóhőmérsékletekre jellemző szemcsemorfológiák leírását adják a szerkezeti zónamodellek [1-5]. A rétegelőállítás valós körülményei között azonban a szennyezés is befolyásolja a szerkezetkialakulást, ezért a különböző körülmények között előállított rétegek gyakran eltérést mutatnak a zonamodellek által jósolt szemcseszerkezettől. Ezen eltérések megértése érdekében szükséges volt a korábbi zónamodellek felülvizsgálata [6-8], és az alapjelenségeknek az egyes zónákra jellemző szerkezetek kialakulásában betöltött szerepének tisztázására. Ismerve az első három alapjelenség ezen szerepét és a jelenségek hatásának feltételeit megalkotható az ALAP zónamodell (1. ábra (a)), amely szennyezésmentes esetekben ad korrekt leírást a rétegekről. A negyedik alapjelenség figyelembe vételével a valós esetek is leírhatók (pl. 1. ábra (b)), különböző mértékű szennyezőkoncentrációk esetében.

A szemcsemorfológia leírásán túl a rétegek textúrája is elemezhető a zónamodellek keretében. A szemcseszerkezet és a textúra szoros kapcsolatban áll egymással, mivel kialakulásuk ugyanazokon a mechanizmusokon keresztül megy végbe. Az előadás tartalmazza a vékonyrétegekre jellemző textúrák osztályozásának ismertetését, és a különböző kialakulási mechanizmusok leirását, ezek szerpét a szerkezeti zónákban, valamint a textúrakialakulás jellegzetességeinek szemléltetését Al és Ag rétegek textúrájának elemzésével.


1. ábra: Szerkezeti zónamodellek szennyezésmentes esetben (a), és alacsony szennyezőkoncentráció esetében (b).

Hivatkozások:

[1] B.A.Movchan and A.V.Demchishin, Fizika Metall., 28, 83-90 (1969).

[2] J.V.Sanders, in "Chemisorption and Reactions on Metallic Films", ed. J.R.Anderson, Academic Press, London and New York, pp.1-38 (1971).

[3] J.A.Thornton, J.Vac.Sci.Technol. 11, 666-670 (1974).

[4] R.Messier, A.P.Giri and R.A.Roy, J.Vac.Sci.Technol.A 2, 500-503 (1984).

[5] C.R.M.Grovenor, H.T.G.Hentzell and D.A.Smith, Acta.Metall., 32, 773-781 (1984).

[6] P.B.Barna and M.Adamik, in "Science and Technology of Thin Films", ed. F.C.Matacotta and G.Ottaviani, World Scientific Publishing Co., Singapore, pp. 1-28 (1995).

[7] P.B.Barna and M.Adamik, in "Protective Coatings and Thin Films: Synthesis, Characterisation and Applications", ed. Y.Pauleau and P.B.Barna, NATO ASI Series, 3. High Technology, Kluwer Academic Publishers, Netherlands, Vol.21, pp. 279-297 (1997).

[8] P.B.Barna and M.Adamik, Thin Solid Films, 317, 27-33 (1998).