薄膜沉積

(5) 小島之間互相聚結(Coalescence)以減少其表面積和表面能量的形 成，分子的吸附亦可增加大島的尺寸，就是所謂的薄膜形成。

以上所描述的薄膜成長過程可藉由圖8 來表示。

圖 8 薄膜成長過程示意圖 [42]

晶粒的結合會使薄膜不連續而產生間隙或針孔現象，藉由成長速 率的調整、基板的溫度改變以及後續的熱退火處理等方式，均可做為 改善薄膜的間隙或針孔問題的方法。

2.4.1 成核

當分子通過邊界層撞擊到基底表面，這些氣態分子會因撞擊而失 去動能，然後吸附在基底表面上，當所吸附的分子團半徑超過臨界值 時，此時所形成的顆粒稱之為晶核，如圖9 所示。

圖 9 成核動作分解圖

成核的過程中會決定奈米材料的結構，原因在於晶核孕育產生的 過程中，成核所代表的是最初的基礎，並且具有能夠穩定並持續成長 為晶核的能力。成核藉由分子與基底表面上的碰撞，組成的較大的晶 核，並持續成長，其成長過程如圖10 所示。

圖 10 晶核聚結成長示意圖 [42]

2.4.2 晶粒成長

當穩定的晶核在基底表面上開始成長後，此時的薄膜成長正式進 入所謂的晶粒成長的階段，此時晶粒以層式成長方式來持續進行，當 薄膜沈積發展到個別晶粒的成長時，晶粒成長所需的原子來源，就不 再侷限於吸附原子，而可以藉由的粒子與晶粒的碰撞而成為晶粒的一 部份。由於晶粒形成初期體積較小，無法直接藉由碰撞來吸收粒子，

所以初期還是以吸附原子的方式來成長。因此我們可以發現，薄膜在 這個階段的成長的有兩種不同的方式：一個是來自分子的直接撞擊，

並進行結合；另一種方式藉由吸附晶粒附近擴散的表面分子，並進而 持續成長。其成長方式可由圖11 來表示。

圖 11 晶粒成長方式分解圖

晶粒的大小會受到基板溫度、熱處理、膜膜厚度和撞擊分子的動 能所影響，同時，顆粒大小也會有一定的限制，新形成的顆粒會在較 大顆粒上成長。基板溫度與熱退火處理對於後續成長較大的晶粒或磊

2.4.3 晶粒聚結

當原本個別獨立的晶粒持續成長到與周圍的晶粒相互接觸，此時 薄膜沈積開始進入第三階段-聚結，當這些原本獨立的晶粒開始接觸，

彼此之間的內擴散便開始進行，以兩個半徑大小相接近的晶粒彼此接 觸為例，為了調降彼此間的表面能，連接兩個晶粒的頸部將在兩晶粒 間的內部擴散下形成。接著，晶粒之間的擴散將會漸漸的把頸部填滿，

以降低頸部的曲率，使得頸部的表面能下降，最後兩者在調降表面能 的驅動力下合而為一，並形成一個半徑較大的晶粒，如圖12 所示。

圖 12 晶粒聚結分解圖

聚結是單晶成長過程中重要的一個環節，藉由聚結的成長過程來 成就單晶的連續層，當這些晶粒持續成長並逐漸形成一個島嶼，此時 將不會再容許新的晶粒持續生長，其聚結過程如圖13 所示。

圖 13 晶粒聚結過程分解圖

2.4.4 縫道填補與薄膜成長

趨向非晶態。沉積後的薄膜本身會具有應力存在，此應力會受到薄膜 和基板之間的晶格配置、熱膨脹係數以及晶界間互相推擠所影響。

圖 14 逢道填補過程分解圖

圖 15 薄膜成長分解圖