Non-monotonous dependences of thin film surface roughness on substrate temperature and deposited atom flux

Abstract

Paviršiaus šiurkštumas yra vienas iš svarbiausių parametrų , apibūdinančių plonas dangas. Yra daug eksperimentinių darbų , kuriuose nagrinėjama plonų dangų paviršiaus šiurkštumo priklausomybė nuo įvairių technologinių dangos auginimo parametrų : padėklo temperatūros, jonų energijos, dalelių srauto ir kt. Apibendrinant šiuos darbus, galima pasakyti, kad plonų dangų paviršiaus šiurkštumas, priklausomai nuo technologinių parametrų kitimo, gali didėti, mažėti ar nekisti. Taip pat yra darbų , kuriuose stebima nemonotoninė paviršiaus šiurkštumo priklausomybė nuo padėklo temperatūros [6] bei dalelių srauto (nusodinimo greičio) [11]: paviršiaus šiurkštumo priklausomybė nuo šių dydžių turi minimumo tašką . Pasinaudojant kinetiniu modeliu [15, 16], tirta plonų dangų paviršiaus šiurkštumo priklausomybė nuo padėklo temperatūros bei i paviršių krintančių dalelių srauto. Panaudotas kinetinis modelis, aprašantis salelinį dangos augimą ir apimantis tokius procesus kaip adsorbuotų atomų paviršinė difuzija, nukleacija, susidariusių salelių augimas bei koalescencija. Modeliavimo rezultatai parodė , kad ir padėklo temperatūra, ir dalelių srautas veikia ant padėklo susidarančių salelių dydį , tuo pačiu ir plonų dangų paviršiaus šiurkštumą . Gauti modeliavimo rezultatai gerai sutampa su eksperimentiniais ir leidžia paaiškinti nemonotoninį paviršiaus šiurkštumo kitimą . Experimentally observed non-monotonous dependences of thin lms surface roughness on substrate temperature and ux of deposited atoms are analysed by kinetic rate equation model. The modelling results show good qualitative agreement with the experiment and explain an unusual phenomenon of surface roughness. It is shown that non-monotonous dependence of surface roughness on substrate temperature and deposition ux is determined by the size of islands and diffusivity of atoms on the surface. From present analysis it follows that the formation mechanisms of non-monotonous dependences of the surface roughness on temperature and deposition ux are of different origin. The mechanisms are qualitatively analysed in the present paper.