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物理学

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简述薄膜材料的形成过程,什么是分子束外延?什么是超晶格?

正确答案: 薄膜形成过程:一般分为凝结过程,岛形成与结合生长过程。
大多数薄膜都是以岛状形式形成和长大,即在基体表面上吸附原子凝结后,在表面上扩散迁移形成晶核,晶核再结合其它吸附原子逐渐长大形成小岛,岛再结合其他气相原子便形成薄膜,因此薄膜形成是由形核开始的。
形核首先经历吸附与凝结过程,原子相互碰撞结合成原子对或小原子团并凝结在基体表面上;这种原子团和其他吸附原子碰撞结合或释放出一个单原子,这个过程反复进行,使原子团中的原子数超过某一临界值,成为临界核,临界核继续与其他原子碰撞结合,只向长大方向发展形成稳定的原子团,称为稳定核;稳定核再捕获其他吸附原子,或者入射原子束中的气相原子直接碰撞在稳定核上被粘附,使稳定核进一步长大成为小岛。通过上述讨论可知,薄膜形成经历了吸附,凝结,临界核形成与长大,稳定核形成长大,最后成为小岛的物理过程。
实际上形核长大只是薄膜形成的开始,薄膜形成的过程是指形成稳定核之后的过程;同样,薄膜生长模式是指薄膜形成的宏观方式。在稳定膜形成之后,岛状薄膜的形成过程,分为岛状、联并、沟道和连续膜四个阶段。岛状阶段是指在核长大变成小岛的过程中,平行基体表而方向的长大速度明显大于垂直方向的长大速度,说明基体表面上吸附原子的扩散迁移碰撞结合是主要的。联并阶段是指岛在不断长大过程中,岛间距离逐渐缩小,最后相邻小岛相互联接合并成一个大岛。沟道阶段是在岛联并后,新岛继续长大,当岛的分布达到临界值时,小岛相互聚结形成网状结构。网状结构中不规则地分布着5—20nm宽的沟渠。连续膜阶段是在沟渠和孔洞消失之后,入射的气相原子直接吸附在薄膜上,通过联并作用形成不同结构的薄膜。
分子束外延:是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下,由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气,经小孔准直后形成的分子束或原子束,直接喷射到适当温度的单晶基片上,同时控制分子束对衬底扫描,就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。该技术的优点是:使用的衬底温度低,膜层生长速率慢,束流强度易于精确控制,膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜,以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。
超晶格:由两种或以上不同、厚度d极小的薄层材料交替生长在一起而得到的一种多周期结构材料。薄层厚度d远大于材料的晶格常数a,但接近或小于电子的自由程。
答案解析:
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