مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
هر فرایند رشد لایه نازکی، دارای سه مرحله ی اصلی است:
1. تولید گونه های اتمی، یونی و مولکولی مناسب
2. انتقال این گونه ها از طریق یک محیط
3. متراکم شدن این گونه ها بر روی زیرلایه (به صورت مستقیم و یا از طریق واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی و ایجاد رسوبات مستحکم
تشکیل یک لایه ی نازک از طریق جوانه زنی و رشد انجام می شود. تصویر کلی از فرایند رشد مرحله به مرحله، از طریق مطالعات تجربی و عملی، قابل بررسی است. این موارد به صورت زیر می باشد:
1. نمونه های واحد در برخورد با زیرلایه، سرعت خود را از دست می دهد و به طور فیزیکی جذب سطح زیرلایه می شود.
2. نمونه های جذب شده بر روی سطح، در ابتدا در تعادل گرمایی با زیرلایه هستند و بر روی سطح زیرلایه، حرکت می کنند. در این فرایند، آنها با خود برهمکنش می دهند و تشکیل خوشه های بزرگتر می دهند.
3. خوشه ها و یا هسته ها، از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدارند و ممکن است تمایل به جذب داشته باشند. این مسئله در واقع به پارامترهای رسوب دهی وابسته می باشد. اگر پارامترهای رسوب دهی به نحوی باشند که یک خوشه پیش از فروپاشی، به گونه های جذب شده، بچسبد، اندازه ی این خوشه بزرگ می شود. بعد از رسیدن این خوشه به اندازه ای معین، خوشه از لحاظ ترمودینامیکی پایدار شده و به اصطلاح، بر سد جوانه زنی، فایق آمدیم. این مرحله، مرحله ی جوانه زنی، نامیده می شود.
4. تعداد جوانه های بحرانی افزایش یافته تا جایی که یک دانسیته ی جوانه زنی اشباع، ایجاد شود. دانسیته ی جوانه زنی و متوسط اندازه ی جوانه ها، به برخی پارامترها، مانند انرژی برخورد نمونه ها، نرخ برخورد، انرژی فعال سازی مربوط به جذب سطحی، نفوذ گرمایی و دما، توپولوژی و طبیعت شیمیایی مربوط به زیرلایه، وابسته می باشد. یک هسسته می تواند به صورت موازی و عمود بر سطح زیرلایه، رشد کند. به هر حال، عموماً نرخ رشد جانبی در این مرحله، بالاتر از رشد عمودی است. هسته ی در حال رشد، جزیره نامیده می شود.
5. مرحله ی بعدی در فرایند تشکیل لایه ی نازک، مرحله ی انعقاد می باشد. در این مرحله، جزیره های کوچک به هم می پیوندند و موجب پوشیده شدن ناحیه ی سطحی می شوند. تمایل به تشکیل جزیره های بزرگتر، آگلومریزاسیون نامیده می شود و موجب افزایش موبیلیته ی سطحی گونه های جذب شده، می شوند. در این حالت، دمای زیرلایه افزایش می یابد. در برخی موارد، تشکیل یک هسته ی جدید، ممکن است بر روی سطوح جدیدی تشکیل شود که در معرض برخورد متوالی ذرات هستند.
6. جزیره های بزرگتر به همدیگر مرتبط می شوند و موجب بسته شدن کانال ها و حفرات مربوط به زیرلایه ی پوشیده نشده، می شوند. ساختار مربوط به لایه ها در این مرحله، از حالت جزیره ای ناپیوسته، به حالت شبکه ای متخلخل، تبدیل می شود. پر شدن کانال ها و حفرات موجب تشکیل یک لایه ی پیوسته می شود.
بنابراین، فرایند رشد ممکن است به عنوان یک فرایند پیوسته در نظر گرفته شود که شامل جوانه زنی، رشد با کنترل نفوذ سطحی مربوط به جوانه ی سه بعدی و تشکیل یک ساختار چارچوب مانند و پر شدن حفرات آن، می باشد. بسته به پارامترهای ترمودینامیکی مربوط به رسوبات و سطح زیرلایه، جوانه زنی اولیه و رشد ممکن است به صورت زیر توصیف شود:
1. نوع جزیره ای که نام دیگر آن، ولمر- وبر است
2. نوع لایه ای که نام دیگر آن، فرانک- وان – مروی می باشد
3. نوع مخلوط که نام دیگر آن، استانسکی- کراستانو است.
این نوع ها در شکل 1 نشان داده شده است. در تمام موارد عملی، رشد بوسیله ی تشکیل جزیره ها، ادامه می یابد. مراحل رشد بعدی برای یک لایه ی طلا که با استفاده از کندوپاش بر روی سدیم کلرید رسوب داده شده است، در شکل 2 نشان داده شده است.
به جز شرایط خاص، جهت گیری کریستالیزاسیون و جزئیات توپوگرافی مربوط به جزیره های مختلف، به صورت تصادفی است به نحوی که وقتی این جزیره ها در طی رشد، به هم تماس پیدا می کنند، مرزدانه ها و نقاط مختلف و عیوب خطی در لایه ی نازک، ایجاد می شود. این مسئله به دلیل عدم تطابق در پیکربندی هندسی و جهت گیری کریستالوگرافی، ایجاد می شود (شکل 3). اگر دانه ها به صورت تصادفی جهت گیری کرده باشند، لایه الگوهای تفرق حلقه ای مانندی ایجاد می کند که نشاندهنده ی پلی کریستال بودن آن است. به هر حال، الگوهای تفرق مربوط به لایه های توخالی دارای بی نظمی های بیشتری است. حتی اگر جهت گیری جزیره های مختلف، در سرتاسر لایه، مشابه باشد، یک لایه ی تک کریستال، حاصل نمی شود. در واقع به جای آن، لایه ای حاوی دانه های تک کریستالی تشکیل می شود که جهت گیری آنها به صورت موازی است و این لایه ها، لایه های تک کریستال هم بافت (epitaxial single-crystal films)، نامیده می شوند.
علاوه بر مرزدانه ها، لایه های هم بافت، ممکن است همچنین حاوی سایر عیوب ساختاری مانند خطوط نابجایی، دوقلویی ها، خطا در قرارگیری و مرزهای دوقلویی، می باشد. توجه کنید که عیوبی مانند عیب در قرارگیری و مرزهای دوقلویی، بیشتر در لایه های پلی کریستال، یافت می شوند. خطوط نابجایی نیز عمدتاً در لایه های کریستالی یافت می شوند و در ساختار شبکه وجود دارند. برخی از مکانیزم های دیگری وجود دارد که موجب می شود این فیلم ها، دچار عیوب نابجایی شوند. این مکانیزم ها، عبارتند از: 1) عدم تطابق شبکه ای بین لایه و زیرلایه، 2) حضور تنش های بزرگ در لایه های نازک و 3) ناخالصی های موجود در فیلم ها که به سطح راه دارند.
بعد از تشکیل یک لایه ی پیوسته، رشد غیر ایزوتروپ، در جهت عمود بر سطح زیرلایه ایجاد می شود و موجب تشکیل ستون هایی استوانه ای می شود. دانسیته ی جوانه زنی اولیه، موجب تعیین اندازه ی دانه ی جانبی و یا اندازه ی کریستالیت می شود.
به هر حال، اگر ری کریستالیزاسیون در طی مرحله ی پیوستگی ایجاد شود، اندازه ی دانه ی جانبی بزرگتر از متوسط جدایش هسته ی اولیه است و تعداد دانه ی متوسط بر سطح لایه، کمتر از دانسیته ی جوانه زنی اولیه است. اندازه ی دانه در جهت عمود بر سطح زیرلایه، برابر ضخامت لایه می باشد. برای لایه های ضخیم تر، جوانه زنی مجدد، در سطح دانه های اولیه انجام می شود و هر کدام از این دانه ها، به صورت عمودی رشد می کند.
رشد لایه با افزوده شدن اتم به اتم انجام می شود. اتم های اضافه شده، بعد از انجام حرکت برونی، در مرکز جوانه زنی، به دام می افتند. زمان باقیماندن متوسط یک اتم افزودن شده ( ) به صورت زیر تخمین زده می شود:
که در اینجا،
دوره ی نوسان عمود بر سطح است که تقریبا به صورت تخمین زده می شود. در این حالت، برابر با هرتز می باشد و به آن، فرکانس نوسان گرمایی شبکه، نامیده می شود. در این حالت، انرژی جذب اتم ها بر روی زیرلایه می باشد. زمان تعادل گرمایی اتم جذب شده ( ) به صورت زیر تعریف می شود:
اگر از KT بسیار بزرگتر باشد، اتم های اضافه شده، هنوز بر روی سطح زیرلایه باقی خواهد ماند (در اینجا، از بسیار بزرگتر است). اگر تقریبا برابر با KT باشد، اتم های اضافه شده، دوباره تبخیر می شوند و از سطح زیرلایه می روند. اتم های اضافه شده بر روی سطح، حرکت برونی دارند. این حرکت، یک حرکت تصادفی است. زمان عبور که به دلیل نفوذ بر روی سطح، ایجاد می شود، به صورت زیر بیان می شود:
که در اینجا، یک دوره ی نوسان است که موازی سطح می باشد. همچنین انرژی نفوذ سطحی برای اتم ها نسبت به مانع پتانسیل مربوط به سطح زیرلایه می باشد.
فاصله ی حرکت متوسط اتم های اضافه شده بر روی سطح، به صورت X بیان می شود. این فاکتور به صورت زیر محاسبه می شود:
که در اینجا، در واقعق فاصله ی شبکه ای مربوط به اتم های سطحی زیرلایه می باشد. با تقریب گرفتن، فرمول زیر بدست می آید:
هم و هم ، برای رشد لایه ی نازک، مهم می باشند. فرض کنید که و (برای جذب فیزیکی)،
و T=300 K، X=20 nm و می باشد. وقتی ، X=780 nm و ، این نشان داده شده است که نفوذ اتم ها بر روی سطح، به و وابسته است. عموما طول نفوذ مربوط به اتم های اضافه شده، در طی رشد، در حد میکرومتر است. وقتی است،
در دمای 300 K، برابر با می باشد. در دمای 500 K، به 1 ms کاهش می یابد. این تخمین نشاندهنده ی اهمیت سیستم خلأ می باشد.
مرحله ی رشد این لایه ها، بوسیله ی انرژی سطحی لایه ی نازک ()، انرژی سطحی زیرلایه ( ) و انرژی سطح مشترک میان لایه ها و زیرلایه ها، تحت تأثیر قرار می گیرد.
اعمال عملیات حرارتی بر روی لایه ها، بعد از رسوب دهی، موجب می شود تا اندازه ی دانه اصلاح گردد. در واقع اعمال دما عملیات حرارتی بالاتر، موجب می شود تا اندازه ی دانه های بزرگتر، بدست آید. اثر عملیات حرارتی برای لایه های ضخیم تر، غالب تر است. رشد دانه ای که در طی عملیات حرارتی پس از رسوب دهی، ایجاد شده است، نسبت به رشد ایجاد شده در حین رسوب دهی لایه در دمای عملیات حرارتی، کمتر است. این مسئله به دلیل ایجاد فرایندهای انرژی فعال سازی انجام می شود.
برای یک ترکیب معین از ماده و زیرلایه و تحت یک سری از شرایط رسوب دهی معین، اندازه ی دانه ی مربوط به لایه، با افزایش ضخامتش، افزایش می یابد. به هر حال، با افزایش ضخامت از یک حد، اندازه ی دانه ثابت می ماند و این مسئله فهمیده می شود که رشد همبافت با دانه های زیری، مطلوب نمی باشد. در اینجا، دانه های تازه، بر روی دانه های قبلی، جوانه زنی می کنند و موجب افزایش ضخامت می شود. اثر افزایش اندازه ی ذره با ضخامت، در دماهای بالا، بیشتر مشاهده می شود. اثر پارامترهای رسوب دهی مختلف بر روی اندازه ی دانه، در شکل 5 نشان داده شده است. این واضح است که اندازه ی دانه نمی تواند به صورت نامحدود افزایش یابد زیرا محدودیت هایی در مورد موبیلیته ی سطحی نمونه های جذب شده، وجود دارد.
شرایطی که موجب می شود رشد هم بافت، مطلوب شود، عبارتند از:
1. موبیلیته ی سطحی بالا که در دماهای بالای زیرلایه بدست می آید.
2. فوق اشباع پایین
3. سطح زیرلایه ی تمیز، صاف و خنثی و
4. تطابق کریستالوگرافی میان زیرلایه و ماده ی رسوب کننده
لایه هایی که در آنها تنها یک محور کریستالوگرافی در جهتی ثابت، وجود دارد، لایه های جهت دار، نامیده می شود. برخلاف لایه های هم بافت که نیازمند یک زیرلایه ی تک کریستال است، لایه های جهت دار، ممکن است همچنین بر روی زیرلایه های آمورف، تشکیل شوند. در آن سوی ریزساختارهای لایه ای، رسوبات نامنظم حاوی دانه های بسیار ریز، مشابه ساختار آمورف، تحت شرایط فوق اشباع بالا و موبیلیته ی سطحی پایین، بدست می آید. موبیلیته ی سطحی مربوط به گونه های جذب شده، ممکن است بوجود نیاید برای مثال، این مسئله ممکن است با کاهش در دمای زیرلایه و با وجود ناخالصی های فعال در حین رشد فیلم، به داخل آن و یا با هم رسوبی اتم های با اندازه های مختلف و موبیلیته های سطحی پایین، ایجاد شود. تحت این شرایط، این لایه آمورف است و به صورت لایه ای رشد می کند.
یک بهبود بیشتر در یکنواختی سطحی در صورتی اتفاق می افتد که گونه های برخود کننده به سطح، به صورت اریبی به سطح برخورد کنند نه به صورت عمود. این مسئله به دلیل اثر سایه ایجاد می شود. شکل 6 نشاندهنده ی توپولوژی دو سطح مسطح لایه می باشد.
در شکل 7 توصیفی کیفی در مورد زبری سطحی نشان داده شده است. زبری سطحی ضرورتاً به حالتی وابسته است که لایه رشد کرده است. حالت رشد فرانک- وان – مروی موجب ایجاد سطحی یکنواخت و نوع ولمر- وبر موجب ایجاد سطحی زبر می شود. زبری با استفاده از مدل سازی های کامپیوتری تجزیه و تحلیل می شود. کرنش های ایجاد شده به دلیل عدم تطابق در انبساط گرمایی میان یک لایه و زیرلایه اش، بر روی ریزساختار سطحی اثر و یا زبری، اثر می گذارد. در مورد ساختارهای هتروژن Ge/Si، کرنش های غیر متجانس فشاری در لایه های نازک Ge، موجب می شود تا لایه ی صفحه ای به مورفولوژی جزیره ای سه بعدی، تبدیل شود. این مسئله به دلیل القای کرنش، ایجاد می شود.
در لایه های غیر هم بافت، دانسیته به دلیل تغییر شکل ساختار شبکه ای، تغییر خواهد کرد. لایه های نازک به صورت هم بافت بر روی زیرلایه ی رشد داده می شود و این نشاندهنده ی یک انبساط در محور c و محور a یا b است. دانسیته ی این ماده، 90 تا 95 % دانسیته ی بالک ماده می باشد. شکل 8 نشاندهنده ی تصاویر AFM و SEM لایه های نازک است که به صورت هم بافت بر روی زیرلایه های رشد داده شده است. زبری سطحی به دلیل ساختار سطحی اولیه ی مربوط به زیرلایه ی ایجاد شده است (شکل 8a). ترکیب غنی از سرب موجب می شود تا رشد جزیره های کوچک افزایش یابد. این مسئله به دلیل جوانه زنی دو بعدی سرب و یا اکسیدهای سرب، ایجاد می شود (شکل 8b).
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Thin Film Materials Technology /Kiyotaka Wasa
1. تولید گونه های اتمی، یونی و مولکولی مناسب
2. انتقال این گونه ها از طریق یک محیط
3. متراکم شدن این گونه ها بر روی زیرلایه (به صورت مستقیم و یا از طریق واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی و ایجاد رسوبات مستحکم
تشکیل یک لایه ی نازک از طریق جوانه زنی و رشد انجام می شود. تصویر کلی از فرایند رشد مرحله به مرحله، از طریق مطالعات تجربی و عملی، قابل بررسی است. این موارد به صورت زیر می باشد:
1. نمونه های واحد در برخورد با زیرلایه، سرعت خود را از دست می دهد و به طور فیزیکی جذب سطح زیرلایه می شود.
2. نمونه های جذب شده بر روی سطح، در ابتدا در تعادل گرمایی با زیرلایه هستند و بر روی سطح زیرلایه، حرکت می کنند. در این فرایند، آنها با خود برهمکنش می دهند و تشکیل خوشه های بزرگتر می دهند.
3. خوشه ها و یا هسته ها، از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدارند و ممکن است تمایل به جذب داشته باشند. این مسئله در واقع به پارامترهای رسوب دهی وابسته می باشد. اگر پارامترهای رسوب دهی به نحوی باشند که یک خوشه پیش از فروپاشی، به گونه های جذب شده، بچسبد، اندازه ی این خوشه بزرگ می شود. بعد از رسیدن این خوشه به اندازه ای معین، خوشه از لحاظ ترمودینامیکی پایدار شده و به اصطلاح، بر سد جوانه زنی، فایق آمدیم. این مرحله، مرحله ی جوانه زنی، نامیده می شود.
4. تعداد جوانه های بحرانی افزایش یافته تا جایی که یک دانسیته ی جوانه زنی اشباع، ایجاد شود. دانسیته ی جوانه زنی و متوسط اندازه ی جوانه ها، به برخی پارامترها، مانند انرژی برخورد نمونه ها، نرخ برخورد، انرژی فعال سازی مربوط به جذب سطحی، نفوذ گرمایی و دما، توپولوژی و طبیعت شیمیایی مربوط به زیرلایه، وابسته می باشد. یک هسسته می تواند به صورت موازی و عمود بر سطح زیرلایه، رشد کند. به هر حال، عموماً نرخ رشد جانبی در این مرحله، بالاتر از رشد عمودی است. هسته ی در حال رشد، جزیره نامیده می شود.
5. مرحله ی بعدی در فرایند تشکیل لایه ی نازک، مرحله ی انعقاد می باشد. در این مرحله، جزیره های کوچک به هم می پیوندند و موجب پوشیده شدن ناحیه ی سطحی می شوند. تمایل به تشکیل جزیره های بزرگتر، آگلومریزاسیون نامیده می شود و موجب افزایش موبیلیته ی سطحی گونه های جذب شده، می شوند. در این حالت، دمای زیرلایه افزایش می یابد. در برخی موارد، تشکیل یک هسته ی جدید، ممکن است بر روی سطوح جدیدی تشکیل شود که در معرض برخورد متوالی ذرات هستند.
6. جزیره های بزرگتر به همدیگر مرتبط می شوند و موجب بسته شدن کانال ها و حفرات مربوط به زیرلایه ی پوشیده نشده، می شوند. ساختار مربوط به لایه ها در این مرحله، از حالت جزیره ای ناپیوسته، به حالت شبکه ای متخلخل، تبدیل می شود. پر شدن کانال ها و حفرات موجب تشکیل یک لایه ی پیوسته می شود.
بنابراین، فرایند رشد ممکن است به عنوان یک فرایند پیوسته در نظر گرفته شود که شامل جوانه زنی، رشد با کنترل نفوذ سطحی مربوط به جوانه ی سه بعدی و تشکیل یک ساختار چارچوب مانند و پر شدن حفرات آن، می باشد. بسته به پارامترهای ترمودینامیکی مربوط به رسوبات و سطح زیرلایه، جوانه زنی اولیه و رشد ممکن است به صورت زیر توصیف شود:
1. نوع جزیره ای که نام دیگر آن، ولمر- وبر است
2. نوع لایه ای که نام دیگر آن، فرانک- وان – مروی می باشد
3. نوع مخلوط که نام دیگر آن، استانسکی- کراستانو است.
بعد از تشکیل یک لایه ی پیوسته، رشد غیر ایزوتروپ، در جهت عمود بر سطح زیرلایه ایجاد می شود و موجب تشکیل ستون هایی استوانه ای می شود. دانسیته ی جوانه زنی اولیه، موجب تعیین اندازه ی دانه ی جانبی و یا اندازه ی کریستالیت می شود.
به هر حال، اگر ری کریستالیزاسیون در طی مرحله ی پیوستگی ایجاد شود، اندازه ی دانه ی جانبی بزرگتر از متوسط جدایش هسته ی اولیه است و تعداد دانه ی متوسط بر سطح لایه، کمتر از دانسیته ی جوانه زنی اولیه است. اندازه ی دانه در جهت عمود بر سطح زیرلایه، برابر ضخامت لایه می باشد. برای لایه های ضخیم تر، جوانه زنی مجدد، در سطح دانه های اولیه انجام می شود و هر کدام از این دانه ها، به صورت عمودی رشد می کند.
رشد لایه با افزوده شدن اتم به اتم انجام می شود. اتم های اضافه شده، بعد از انجام حرکت برونی، در مرکز جوانه زنی، به دام می افتند. زمان باقیماندن متوسط یک اتم افزودن شده (
) به صورت زیر تخمین زده می شود:
که در اینجا،
دوره ی نوسان عمود بر سطح است که تقریبا به صورت
تخمین زده می شود. در این حالت، 
برابر با 
هرتز می باشد و به آن، فرکانس نوسان گرمایی شبکه، نامیده می شود. در این حالت، 
انرژی جذب اتم ها بر روی زیرلایه می باشد. زمان تعادل گرمایی اتم جذب شده (
) به صورت زیر تعریف می شود:
اگر
از KT بسیار بزرگتر باشد، اتم های اضافه شده، هنوز بر روی سطح زیرلایه باقی خواهد ماند (در اینجا، 
از 
بسیار بزرگتر است). اگر 
تقریبا برابر با KT باشد، اتم های اضافه شده، دوباره تبخیر می شوند و از سطح زیرلایه می روند. اتم های اضافه شده بر روی سطح، حرکت برونی دارند. این حرکت، یک حرکت تصادفی است. زمان عبور که به دلیل نفوذ بر روی سطح، ایجاد می شود، به صورت زیر بیان می شود:
که در اینجا،
یک دوره ی نوسان است که موازی سطح می باشد. همچنین 
انرژی نفوذ سطحی برای اتم ها نسبت به مانع پتانسیل مربوط به سطح زیرلایه می باشد.فاصله ی حرکت متوسط اتم های اضافه شده بر روی سطح، به صورت X بیان می شود. این فاکتور به صورت زیر محاسبه می شود:
که در اینجا،
در واقعق فاصله ی شبکه ای مربوط به اتم های سطحی زیرلایه می باشد. با تقریب گرفتن، فرمول زیر بدست می آید:
هم
و هم 
، برای رشد لایه ی نازک، مهم می باشند. فرض کنید که 
و 
(برای جذب فیزیکی)،
و T=300 K، X=20 nm و
می باشد. وقتی 
، X=780 nm و 
، این نشان داده شده است که نفوذ اتم ها بر روی سطح، به 
و 
وابسته است. عموما طول نفوذ مربوط به اتم های اضافه شده، در طی رشد، در حد میکرومتر است. وقتی 
است،
در دمای 300 K، برابر با 
می باشد. در دمای 500 K، 
به 1 ms کاهش می یابد. این تخمین نشاندهنده ی اهمیت سیستم خلأ می باشد.مرحله ی رشد این لایه ها، بوسیله ی انرژی سطحی لایه ی نازک (
)، انرژی سطحی زیرلایه (
) و انرژی سطح مشترک میان لایه ها و زیرلایه ها، تحت تأثیر قرار می گیرد.نتایج ساختاری مربوط به فرایند رشد
ریزساختار و جزئیات توپولوژیکی مربوط به لایه ی نازک یک ماده ی معین، به کینتیک مربوط به رشد وابسته است و از این رو، به دمای زیرلایه، منبع و انرژی مربوط به گونه های ناخالصی، طبیعت شیمیایی، توپولوژی زیرلایه و محیط گازی، نیز وابسته می باشد. این پارامترها، بر روی موبیلیته ی سطحی و گونه های جذب شده، وابسته می باشد. نحوه ی اثرگیری ساختار فیزیکی از این پارامترها، در زیر توصیف شده است. انرژی کینتیکی گونه های موجود، نرخ رسوب دهی، فوق اشباع، ضریب چیدمان و کندانس شدن و همچنین میزان ناخالصی، از جمله این عوامل می باشد.ریزساختار
این انتظار وجود دارد که اندازه ی دانه ی جانبی با کاهش فوق اشباع و افزایش موبیلیته ی سطحی مربوط به گونه های جذب شده، افزایش می یابد. به عنوان یک نتیجه، رسوبات با دانه های مناسب، در دماهای بالا تشکیل می شوند که این مسئله موجب افزایش موبیلیته ی سطحی می شود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از یک لایه ی طلای با ضخامت 100 آنگسترم را نشان می دهد که بر روی سطح سدیم کلرید ایجاد شده است. این مورد در شکل 4 نشان داده شده است. توجه کنید که افزایش در انرژی کینتیکی گونه های برخورد کننده، همچنین موجب افزایش موبیلیته ی سطحی می شود. به هر حال، در انرژی های کینتیکی بالا، موبیلیته ی سطحی به دلیل نفوذ گونه های برخورد کننده در زیرلایه، کاهش می یابد و این مسئله موجب می شود تا اندازه ی دانه کاهش یابد. این اثر از انرژی کینتیکی مربوط به گونه های برخورد کننده بر روی اندازه ی دانه، در دماهای بالاتر، بیشتر می شود. همچنین اثر دمای زیرلایه بر روی اندازه ی دانه در مورد لایه های ضخیم تر، نمود بیشتری دارد.
برای یک ترکیب معین از ماده و زیرلایه و تحت یک سری از شرایط رسوب دهی معین، اندازه ی دانه ی مربوط به لایه، با افزایش ضخامتش، افزایش می یابد. به هر حال، با افزایش ضخامت از یک حد، اندازه ی دانه ثابت می ماند و این مسئله فهمیده می شود که رشد همبافت با دانه های زیری، مطلوب نمی باشد. در اینجا، دانه های تازه، بر روی دانه های قبلی، جوانه زنی می کنند و موجب افزایش ضخامت می شود. اثر افزایش اندازه ی ذره با ضخامت، در دماهای بالا، بیشتر مشاهده می شود. اثر پارامترهای رسوب دهی مختلف بر روی اندازه ی دانه، در شکل 5 نشان داده شده است. این واضح است که اندازه ی دانه نمی تواند به صورت نامحدود افزایش یابد زیرا محدودیت هایی در مورد موبیلیته ی سطحی نمونه های جذب شده، وجود دارد.
1. موبیلیته ی سطحی بالا که در دماهای بالای زیرلایه بدست می آید.
2. فوق اشباع پایین
3. سطح زیرلایه ی تمیز، صاف و خنثی و
4. تطابق کریستالوگرافی میان زیرلایه و ماده ی رسوب کننده
لایه هایی که در آنها تنها یک محور کریستالوگرافی در جهتی ثابت، وجود دارد، لایه های جهت دار، نامیده می شود. برخلاف لایه های هم بافت که نیازمند یک زیرلایه ی تک کریستال است، لایه های جهت دار، ممکن است همچنین بر روی زیرلایه های آمورف، تشکیل شوند. در آن سوی ریزساختارهای لایه ای، رسوبات نامنظم حاوی دانه های بسیار ریز، مشابه ساختار آمورف، تحت شرایط فوق اشباع بالا و موبیلیته ی سطحی پایین، بدست می آید. موبیلیته ی سطحی مربوط به گونه های جذب شده، ممکن است بوجود نیاید برای مثال، این مسئله ممکن است با کاهش در دمای زیرلایه و با وجود ناخالصی های فعال در حین رشد فیلم، به داخل آن و یا با هم رسوبی اتم های با اندازه های مختلف و موبیلیته های سطحی پایین، ایجاد شود. تحت این شرایط، این لایه آمورف است و به صورت لایه ای رشد می کند.
زبری سطحی و دانسیته
تحت شرایطی که در آن، یک سد جوانه زنی پایین و یک فوق اشباع بالا، وجود داشته باشد، دانسیته ی جوانه زنی اولیه بالاست و اندازه ی جوانه ی بحرانی کوچک است. این مسئله موجب می شود تا رسوباتی با اندازه ی ریز بوجود آید که دارای ضخامت پایینی هستند. به عبارت دیگر، وقتی سد جوانه زنی بزرگ باشد و فوق اشباع پایین باشد، اگر چند جوانه در ابتدا تشکیل شود، دانه های به صورت قابل توجهی رشد می کنند و دانه های درشتی تشکیل می شوند. موبیلیته ی سطحی بالا موجب کاهش زبری سطحی لایه می شود. این مسئله به دلیل پر شدن تخلخل ها، ایجاد می شود. یک استثنا، در موارد خاصی رخ می دهد که در آنها، مواد رسوب داده شده، به صورت ترجیحی در طول یک سطح کریستالی خاص، رشد کنند.یک بهبود بیشتر در یکنواختی سطحی در صورتی اتفاق می افتد که گونه های برخود کننده به سطح، به صورت اریبی به سطح برخورد کنند نه به صورت عمود. این مسئله به دلیل اثر سایه ایجاد می شود. شکل 6 نشاندهنده ی توپولوژی دو سطح مسطح لایه می باشد.
به صورت هم بافت بر روی زیرلایه ی 
رشد داده می شود و این نشاندهنده ی یک انبساط در محور c و محور a یا b است. دانسیته ی این ماده، 90 تا 95 % دانسیته ی بالک ماده می باشد. شکل 8 نشاندهنده ی تصاویر AFM و SEM لایه های نازک 
است که به صورت هم بافت بر روی زیرلایه های 
رشد داده شده است. زبری سطحی به دلیل ساختار سطحی اولیه ی مربوط به زیرلایه ی ایجاد شده است (شکل 8a). ترکیب غنی از سرب موجب می شود تا رشد جزیره های کوچک افزایش یابد. این مسئله به دلیل جوانه زنی دو بعدی سرب و یا اکسیدهای سرب، ایجاد می شود (شکل 8b).
منبع مقاله :
Thin Film Materials Technology /Kiyotaka Wasa
