대기압 박막 증착 중 시간 불변 표면 거칠기 변화

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 19888(2016) 이 기사 인용

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대기압 증착 중 박막 형태의 진화는 Monte Carlo 방법을 활용하여 연구되었습니다. 새로운 시뮬레이션 매개변수를 사용하여 실험적 고압 조건의 효과를 모델링할 때 시불변 제곱 평균 거칠기 및 국부 거칠기 형태가 모두 관찰되었습니다. 임계값에 도달한 후에도 표면 거칠기가 변하지 않는 이러한 성장 체제는 기존 보편성 클래스로 분류되지 않았습니다. 이 영역을 담당하는 그림자 방지 성장 메커니즘은 입자가 표면 정점 아래에서 이진 충돌을 겪을 때 발생합니다. 따라서 이 메커니즘은 퇴적 종의 평균 자유 경로가 표면 특징의 진폭과 비슷할 때 적용 가능합니다. 계산적으로 이는 입자가 로컬 필름 표면 위의 지정된 높이에서 방향을 변경하도록 허용하여 모델링되었습니다. 들어오는 플럭스 궤적의 이러한 수정은 결과적으로 극적인 평활화 효과를 가지며 결과 표면은 최근 실험 관찰과 일치하는 것으로 나타납니다.

성장하는 물질층의 형태학적 진화는 이론적 및 실제적 관점 모두에서 과학계에서 지속적인 관심을 끌고 있습니다1,2,3,4,5. 표면 형태가 필름의 광학적, 전기적, 기계적 특성에 미치는 실질적인 영향으로 인해 관심이 높아지고 있습니다. 당연히 형태를 특성화하고 예측하는 데 도움이 되는 많은 방법이 개발되었습니다. 이 중에서, 평균 제곱근 거칠기 Ω와 같은 측정 가능한 표면 특징과 관련된 스케일링 관계는 해당 재료의 세부 특성을 고려하지 않고도 강력한 예측력을 유지합니다. 이러한 관계는 성장 역학의 차원과 대칭에 의존하는 특정 값 세트만 보유할 수 있는 확장 지수를 발생시킵니다. 더욱이, 이러한 지수는 겉보기에 관련이 없어 보이는 성장 현상이 동일한 보편성 클래스 내에서 분류되도록 허용합니다. 보편성 클래스 내의 성장은 예측 가능하며 안정적인 표면 제조를 허용합니다1,2,3,6.

특히 흥미로운 것은 거칠기 지수 α와 성장 지수 β입니다. 후자는 Ω(t) ~ tβ 관계에서 발생합니다. 여기서 Ω(t) = 〈[h(r′, t) − 〈h(t)〉]2〉이고 h(r, t)는 표면 높이입니다. 시간 t의 위치 r에서. 전자는 국부적 거칠기 동작을 설명하며 먼저 높이-높이 상관 함수(HHCF)를 고려하여 정의할 수 있습니다.

여기서 〈···〉는 통계적 평균을 나타낸다. 자기친화 표면 성장 문제의 경우 이 함수는 다음과 같이 동작합니다.

어디

여기서 ξ는 스케일링 관계 ξ ~ tβ/α 2,3에 의해 주어진 표면 높이가 상관되는 최대 수평 길이를 나타냅니다. α의 의미는 수학에서 나타나는 것만큼 이해하기 어려운 것은 아닙니다. α는 느린 진동 표면에 해당하는 1에 가까운 값과 빠른 진동 표면에 해당하는 0에 가까운 값으로 로컬 높이 변동의 빈도를 나타냅니다. 이러한 지수가 특정 값을 유지하는 실험 조건을 알면 예측 가능한 형태학적 특성을 가진 필름을 제작할 수 있습니다.

주변 압력에서 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 성장한 유기실리콘 필름에 대한 최근 분석에 따르면 생성된 표면은 이전의 범용 등급과 달리 독특한 스케일링 특성을 가지고 있는 것으로 나타났습니다8,9. 즉, 등방성 표면은 β ≒ 0 및 상수 α를 특징으로 하는 시간 독립적인 표면 거칠기를 나타냅니다. 증언에 대한 자세한 설명은 참고문헌 8,10,11을 참조하세요. 이 작업의 중요한 측면 중 하나는 증착이 수행되는 고압 환경이었습니다. 실험 매개변수의 함수로서 표면 거칠기를 예측하는 이전 이론적 작업에는 고압 조건이 포함되지 않았습니다. 후속 논의에서는 고압 증착 중에 나타나는 시간 불변 거칠기를 생성할 수 있는 가능한 성장 메커니즘을 탐색하는 데 몬테카를로 방법이 사용됩니다. 다음 제안된 메커니즘은 대기압 증착 중 두드러진 특징을 설명할 수 있습니다.