박막 증착 mechanism
박막 증착 mechanism은 다음과 같습니다.
1. Target 입자들이 기판에 도달하여 안착되어 물리적인 결합(약한 결합)으로 붙게 됩니다. 이 입자를 adatom이라고 합니다. Adatom은 원자, 분자, 클러스터 형태 등 다양합니다.
2. 도달한 adatom들이 남은 운동 에너지를 사용하여 에너지적으로 안정한 자리를 찾기 위해 표면에서 이동, 충돌 및 결합을 합니다.
(여기서 에너지적으로 안정한 자리란, 박막 기준 에너지적으로 불안정한 부분을 말합니다.) 즉 표면 확산이 일어납니다.
3. 1-2번이 반복되며 결합하는 원자들이 많아져 뭉쳐지게 되고, 지속적인 표면 확산을 통해 덩어리(cluster)의 크기가 커져 핵이 생성되게 됩니다.
adatom들이 뭉쳐진 덩어리를 cluster이라고 합니다.
Cluster의 크기가 임계 크기보다 크면 핵이 생성되고, 임계 크기보다 작으면 다른 cluster로 움직이거나 재증발됩니다.
(재증발, 표면확산 등으로 없어지는 이러한 cluster를 embryo라고 합니다. 핵 하나의 에너지를 낮추기 위해 이러한 현상들이 계속 진행되죠.)
Cluster의 크기가 임계 크기보다 클 경우 깁스 프리 에너지가 작아지기 때문입니다. (열역학적 측면에서 설명해 드렸습니다.)
4. 연속 핵 생성이 일어나고, 핵들이 모여 섬 성장을 하게 됩니다.
핵들이 모여 성장하는 방법은 여러가지입니다. 그 중, 섬 성장이 일반적이기 때문에 4번의 제목을 섬 성장으로 정했습니다. 섬 성장 방식은 Volmer-Weber 성장 방식입니다.
성장 방법
- Frank-Vander Merwe 성장 : Cluster가 퍼지려는 힘이 뭉치려는 힘보다 강하여 원자가 한 층씩 차례대로 성장되는 방법을 말합니다. 매우 이상적이지요.
이 성장이 이루어지기 위해 기판의 표면이 완전히 젖음 상태이여야 합니다.
- Volmer-Weber 성장 : Cluster가 퍼지려는 힘보다 뭉치려는 힘이 강하여 뭉텅이로 성장되는 방법입니다. 섬 성장 방식으로 거의 대부분 성장 방법이 Volmer-Weber 방식입니다.
- Stanski-kranstanov 성장 : 초기에 Frank-Vander Merwe 성장을 하다가, 격자 불일치로 인해 Volmer-Weber 성장이 되는 성장 방법을 말합니다.
5. 1-4번의 반복을 통해 섬과 섬이 연결됩니다.
cf) Ostwald Ripening 현상 : 표면 확산이 아닌 ‘재증발’로 작은 섬들이 큰 섬으로 이동하는 현상을 말합니다.
이는 cluster에서와 같이 핵 하나의 에너지가 아닌 시스템 전체 에너지를 낮추기 위해서 발생되는 현상입니다.
6. 섬과 섬이 계속 연결되면 빈틈없고 연속적인 박막이 형성됩니다.
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