[发明专利]一种调控粗化速率的增原子扩散模型

说明书

本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种调控粗化速率的增原子扩散模型，本发明将增原子扩散理论指导实践，简化了复杂的扩散只考虑影响表面粗化速率的上坡和下坡扩散，建立了一个“增原子扩散”模型，定量地揭示了微观增原子扩散与宏观表面粗化之间的关系，提出的控制粗化速率的增原子扩散模型不仅能够指导实验原位的制备出各种表面粗糙度的薄膜，而且还够预测出薄膜表面粗糙度的变化程度，广泛适用于各种沉积制备方法。

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种调控粗化速率的增原子扩散模型。

背景技术

近年来，越来越多具有特殊表面的薄膜材料被应用在电化学、储能、催化等热门领域。在这些应用中吗，为了获得相应的表面特性，薄膜表面粗糙度起着至关重要的作用。例如为了获得快亲水-疏油转变性能，共聚物-含氟表面活性剂复合膜的粗糙度需要达到10nm以下；为了提高微机电系统中小型移动机械部件的耐用性和可靠性，滑动销上镀制的耐久保护膜的粗糙度至少需要达到1nm以下；为了提高热传导效率增加太阳能收集率，吸收面涂层的粗糙度需要达到至少30nm以上。在传统的原位制备方法中人们经常会观察到表面粗化现象，即粗糙度随膜厚增加而增加的现象，其中随着膜厚的增加表面粗糙度增长的速度即为粗化速率。然而，从原子尺度上定量地理解薄膜生长和裁剪表面形貌仍处于起步阶段。尽管人们普遍认为薄膜沉积过程中的表面粗化与增原子扩散行为密切相关，但由于缺少一个“桥梁”，微观原子扩散与宏观表面演变的依赖关系一直没有被很好地理解，有效控制薄膜表面形貌的方法一直没有被提出。因此，从微观原理出发，发明一种调控粗化速率的增原子扩散模型至关重要。

目前为止，原位调控薄膜表面粗化速率的技术难点主要集中两个方面：(1)已有研究对薄膜表面粗化速率的微观因素及其作用规律仍不明确。尽管研究者非常重视薄膜表面粗化微观机理的研究并将其关联与增原子扩散，但是由于增原子扩散是随机的、复杂的且难于直接观察的，微观增原子扩散与宏观表面粗化的依赖关系一直没有被很好地探索，从原子水平上精确控制表面粗糙度的方法一直没有被提出；(2)缺少可资借鉴的相关方法和技术。常规方法通过调控沉积条件条件，如衬沉积温度，衬底偏压和气体压强等，制备大多数材料时的粗化速率都处于中间区域(膜厚在1μm时，表面粗糙度范围仅是2-7nm)。在这些常规方法基础上如何通过其它方法进一步地原位扩大表面粗化速率调控范围一直未见报道。(3)除了表面粗糙度以外，薄膜的均匀性也十分重要。虽然各种化学方法制备的薄膜表面粗糙度可以达到较大的程度，但是薄膜表面十分不均匀，表面粗糙程度时高时低不能满足实际应用的需求。

因此，本发明避开了增原子随机行走引起的复杂扩散问题，只考虑对表面粗化影响最大的上坡和下坡扩散，通过大量的实验与模拟的结合发明了一个调控粗化速率的增原子扩散模型，即νR＝k·δ。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种调控粗化速率的增原子扩散模型，控制粗化速率的增原子扩散模型不仅能够指导实验原位的制备出各种表面粗糙度的薄膜，而且还够预测出薄膜表面粗糙度的变化程度，广泛适用于各种沉积制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种调控粗化速率的增原子扩散模型，包括以下步骤：

(1)通过台阶仪测量膜厚为d，通过原子力显微镜测量均方根粗糙度为RMS；

(2)通过计算RMS-d的直线的斜率，斜率为粗化速率νR；

(3)将步骤(1)中的RMS和d导入Gwyddion软件中，通过Gwyddion软件模拟表面形貌；

(4)通过Gwyddion软件模拟上可知薄膜表面的突出尺寸数据h和s，h为凸起在垂直方向的尺寸，s为凸起在水平方向的尺寸；