Рассматриваются параметры пленки и процесса, которые критически влияют на несмачиваемость морфологии, чтобы обеспечить рекомендации по их определению для получения желаемой морфологии поверхности.
Явление несмачиваемости поверхности обычно индуцируется обычным термическим отжигом в печи.
Образец равномерно нагревают до контролируемой температуры ,что требует относительно большого количества энергии для материалов с высоким значением температуры плавления.
Начальная толщина пленки
Начальная толщина пленки играет роль в определении пространственной корреляции и масштаба несмачиваемой поверхности. В нестабильных или метастабильных пленках тоньше чем критическая толщина, несмачиваемость приводит к пространственно коррелированным отверстиям или к двунепрерывным узорам.
Теория спинодального осушения предсказывает, что характерные масштабы длины в массивах, несмачиваемых поверхностей, являются квадратичными пропорционально начальной толщине пленки.
В поздней стадии спинодальной несмачиваемости, морфология распадается на массивы частиц, масштаб промежутков между которыми связан с начальной толщиной пленки.
Зависимость толщины пленки от характерного распределения конечного массива частиц часто меньше чем квадратичная. Это может быть объяснено в зависимости от толщины пленки в промежутках между частицами, образованными в результате неустойчивости типа Рэлея – Плато.
Диаметр линий, образующихся во время несмачиваемости поверхности, можно оценить субквадратичной зависимостью от толщины пленки, при условии, что масса сохраняется.
Поскольку характерная длина волны, как для неустойчивости Рэлея — Плато, линейно пропорциональна к диаметру линий, промежуток между частицами и размер также часто показывают субквадратичную зависимость на толщину пленки. Это также было показано в некоторые экспериментальные исследования, что промежу-ток между частицами квадратично зависит от толщиы пленки, предполагая, что эволюция поздней стадии может также происходят через спинодальный отросток.
В случае метастабильных пленок, более толстых, чем критическая толщина, дырки распределяются случайным образом, поскольку зарождение и рост дырок доминируют в процессе несмачиваемости.
Отверстия, образованные в жидких пленках и монокристаллических твердых пленках, приобретают круглую и простую плоскостную граненую форму. Ободки, образованные вокруг этих отверстий, превращаются в линии в результате аппликатуры, защемления или слияния, а затем распадаются на множество частиц.
Характерный промежуток и размер этих частиц также зависят от начальной толщины пленки из-за вышеупомянутой зависимости характерных длин волн аппроксимирующей неустойчивости и неустойчивости Рэлея — Плато от толщины пленки. В поликристаллических твердых пленках зарождение дырок обычно происходит по мере того, как канавка на границе зерен углубляется, чтобы достичь поверхности подложки.
Поскольку равновесная глубина канавки конечна, числовая плотность отверстий обычно увеличивается с уменьшением начальной толщины пленки. Следовательно, в случае, когда большинство дырок сливаются до того, как нестабильности развиваются вдоль их краев, ожидается, что рост дырок в более тонких пленках приведет к образованию более тонких клеточных морфологий, которые впоследствии распадаются на массив частиц с меньшими размерами и промежутками между ними.
Начальная ориентация пленки
Морфология поверхности монокристаллических твердых пленок в процессе несмачиваемости формируется в соответствии с симметрией поверхности пленки. Квазидвойная, трех- и четырехкратная симметрии были обнаружены в массивах линий и частиц, образованных в результате процесса несмачиваемости (110) -, (110) - и (111) -ориентированных пленок кремния и никеля.
Кристаллографические выравнивания морфологий процесса
несмачиваемости связаны с образованием низкоэнергетических граней вдоль определенных кристаллографических направлений. Эти направления сильно зависят от начальной ориентации пленки. Механизм формирования линий при твердофазном процессе несмачиваемости монокристаллических пленок зависит от начальной ориентации пленки. Численным анализом и экспериментальными наблюдениями за процессом несмачиваемости было показано, что различие морфологии поверхности возникает из-за анизотропии поверхностной энергии материалов пленки.
Такое различие в механизме формирования линий также вызывает различия в пространственном распределении линий и частиц. Формы отдельных линий и частиц определяются шириной и ориентацией составляющих их граней. Поскольку начальная ориентация пленки кристаллографически ограничивает ориентации граней, которые могут появляться в линиях и частицах, она является критическим фактором, определяющим формы линий и частиц, наряду с анизотропией поверхностной энергии материала пленки.
Температура отжига
Температура отжига контролируется термостатом при термическом отжиге.
По мере увеличения температуры отжига скорость переноса массы атома от частиц меньшего размера к большему возрастает, что приводит к увеличению средних значений диаметра частиц и промежутка между ними.
Таким образом, температура отжига также должна хорошо контролироваться для доки следует учитывать при определении температуры отжига, поскольку скорость массопереноса сильно зависит от них. По мере того как температура плавления пленки и энергия связи пленка-подложка уменьшаются, энергия активации для массопереноса уменьшается и скорость укрупнения увеличивается, что означает, что оптимальная температура отжига будет ниже. Повышение температуры также уменьшает анизотропию поверхностной энергии.
Следовательно, доминирующая межфазная нестабильность и морфология несмачиваемости могут изменяться с температурой отжига. Температура отжига также критически влияет на форму плоских граненых отверстий, образующихся во время процесса несмачиваемости, из-за ее влияния на анизотропию поверхностной энергии. В поликристаллических пленках изменение анизотропии поверхностной энергии может также изменить грани и профили поверхности в бороздках с зернистой границей и в краях втягивающихся кромок.