磁控濺射鍍膜小專題--缺陷

文章從生長過程缺陷及

薄膜內部缺陷

兩方面進行簡單介紹，本文屬於覆蓋性質科普，細節方面不算特別全面，會在後面專題中進行詳細介紹，屬於學習記錄類文章，如有錯誤歡迎留言討論

小概念

肖奈特缺陷

：由於晶體中格點粒子熱運動到表面，在原來位置留下空位，所形成的缺陷

生長過程缺陷（一）

薄膜的缺陷與薄膜製造工藝有關，對效能有著重要的影響，晶粒內的空位、填隙原子和位錯，晶粒邊界的組織缺陷以及薄膜與襯底之間的位錯。

（1）點缺陷：

一個

晶格點

產生的缺陷，通常由於凝聚時溫度急劇變換或襯底溫度較低的原因產生點缺陷。點缺陷主要影響薄膜材料的

電阻率

。

（2）位錯（線缺陷）：

位錯是

薄膜材料

的主要缺陷之一，通常可以達到（10^10~10^11）cm^-2之間。由於位錯處於釘扎狀態，因此薄膜抗拉強度甚至會大於塊材

（3）晶粒間界：

晶粒間界是導致薄膜材料電阻率大於塊材的因素之一

生長過程缺陷產生原因

產生原因：

（1）生長過程中

真空度

限制，腔體內雜質氣體慘進膜晶粒內部或邊界處（晶界與物理過程章節介紹的微觀結構形成有關）；工作氣體也會由於碰撞等進入膜層內，形成肖奈特缺陷或填隙原子，從而增大晶界體積。

（2）鈮膜能量較低或者襯底溫度較低，導致沉積到襯底的原子擴散能力有限，最終結晶質量差（膜內經理大量空位及位錯）

（3）襯底與膜層熱膨脹係數不同

薄膜內部缺陷（二）

上述缺陷產生會導致包膜內：

殘餘應力

、附著性變差、體電阻率增加以及表面形貌粗糙的主要原因。

（1）殘餘應力：制約薄膜超導臨界電流及

臨界磁場

大小

（2）附著力：應用方面受限

（3）體電阻率：間接反應超導轉變溫度高低（體電阻率越接近塊材，薄膜的超導轉變溫度就越接近塊材）

（4）表面粗糙度：由於某些具有特定取向的晶粒和核生長比其餘晶粒和核生長更有利，因此再合適的厚度下，任何隨機形核的薄膜都有可能產生不均勻生長，形成丘，導致薄膜表面不光滑。

從沉積速率角度分析：沉積速率低會導致原子在襯底上遷移時間長，容易在到達吸附點位置之前就被其餘的小島所俘獲，從而形成較大的晶粒，這會使得薄膜表面粗糙、不致密。除此之外，吸附原子到達襯底後，後續原子長時間不到達，暴露的原子容易媳婦殘餘氣體分子或其他雜質。但是沉積速率過高會導致形核過多，形成

內應力

等（參考影響因素章節沉積速率）

從薄膜厚度角度分析：薄膜生長方式與膜基表面能有關，通常層狀生長薄膜比較平整，大部分薄膜屬於島狀生長，有些數與層狀-島狀生長，因此當膜厚較低時有可能是層狀生長表面平滑，隨著膜厚增加又沉積速率不夠的時候，小島俘獲沉積原子，形成較大的丘，導致表面不平滑。

具體生長過程可以關注我的另外一邊文章

經文獻結論（文獻時間較長，現在應該有了更新結論，筆者還沒總結到位，僅供參考）：丘的形成（島狀生長）很大程度上與薄膜厚度有關，薄膜厚度取決於沉積速率以及沉積時間工藝引數等（沉積速率的與濺射壓強，靶基距，

濺射功率

等相關），通常滿足（1）厚度10000A或更薄的薄膜（2）沉積速率在1000A per min或更高的速率。這兩種情況都會不產生或只產生少量的丘。