[PDF]    http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.48401

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 48, 333–339 (2008)


NON-MONOTONOUS DEPENDENCES OF THIN FILM SURFACE ROUGHNESS ON SUBSTRATE TEMPERATURE AND DEPOSITED ATOM FLUX
R. Čerapaitė-Trušinskienėa,b and A. Galdikasa,b
aPhysics Department, Kaunas University of Technology, Studentų 50, LT-51368 Kaunas, Lithuania
E-mail: reda.cerapaite@stud.ktu.lt
bDepartment of Physics, Mathematics and Biophysics, Kaunas University of Medicine, Eivenių 4, LT-50009 Kaunas, Lithuania

Received 13 March 2008; revised 21 August 2008; accepted 18 September 2008

Experimentally observed non-monotonous dependences of thin films surface roughness on substrate temperature and flux of deposited atoms are analysed by kinetic rate equation model. The modelling results show good qualitative agreement with the experiment and explain an unusual phenomenon of surface roughness. It is shown that non-monotonous dependence of surface roughness on substrate temperature and deposition flux is determined by the size of islands and diffusivity of atoms on the surface. From present analysis it follows that the formation mechanisms of non-monotonous dependences of the surface roughness on temperature and deposition flux are of different origin. The mechanisms are qualitatively analysed in the present paper.
Keywords: surface roughness, island films deposition, surface diffusion, kinetic modelling
PACS: 81.15.Aa, 82.20.Wt


NEMONOTONINĖS PLONŲ DANGŲ PAVIRŠIAUS ŠIURKŠTUMO PRIKLAUSOMYBĖS NUO PADĖKLO TEMPERATŪROS IR NUSODINTŲ ATOMŲ SRAUTO
R. Čerapaitė-Trušinskienėa,b, A. Galdikasa,b
aKauno technologijos universitetas, Kaunas, Lietuva
bKauno medicinos universitetas, Kaunas, Lietuva

Paviršiaus šiurkštumas yra vienas iš svarbiausių parametrų, apibūdinančių plonas dangas. Yra daug eksperimentinių darbų, kuriuose nagrinėjama plonų dangų paviršiaus šiurkštumo priklausomybė nuo įvairių technologinių dangos auginimo parametrų: padėklo temperatūros, jonų energijos, dalelių srauto ir kt. Apibendrinant šiuos darbus, galima pasakyti, kad plonų dangų paviršiaus šiurkštumas, priklausomai nuo technologinių parametrų kitimo, gali didėti, mažėti ar nekisti. Taip pat yra darbų, kuriuose stebima nemonotoninė paviršiaus šiurkštumo priklausomybė nuo padėklo temperatūros [6] bei dalelių srauto (nusodinimo greičio) [11]: paviršiaus šiurkštumo priklausomybė nuo šių dydžių turi minimumo tašką.
Pasinaudojant kinetiniu modeliu [15, 16], tirta plonų dangų paviršiaus šiurkštumo priklausomybė nuo padėklo temperatūros bei į paviršių krintančių dalelių srauto. Panaudotas kinetinis modelis, aprašantis salelinį dangos augimą ir apimantis tokius procesus kaip adsorbuotų atomų paviršinė difuzija, nukleacija, susidariusių salelių augimas bei koalescencija. Modeliavimo rezultatai parodė, kad ir padėklo temperatūra, ir dalelių srautas veikia ant padėklo susidarančių salelių dydį, tuo pačiu ir plonų dangų paviršiaus šiurkštumą. Gauti modeliavimo rezultatai gerai sutampa su eksperimentiniais ir leidžia paaiškinti nemonotoninį paviršiaus šiurkštumo kitimą.


References / Nuorodos


[1] G. Knuyt, C. Quaeyhaegens, J. D'Haen, and L.M. Stals, A model for thin film texture evolution driven by surface energy effects, Phys. Status Solidi B 195, 179–193 (1996),
http://dx.doi.org/10.1002/pssb.2221950121
[2] J. Vaitkus, V. Kazlauskiene, J. Miskinis, and J. Sinius, PbS thin film formation on terrace-step surface by pulsed laser deposition, Mater. Res. Bull. 33, 711–716 (1998),
http://dx.doi.org/10.1016/S0025-5408(98)00040-3
[3] J. Vaitkus, R. Baubinas, E. Gaubas, V. Kazlauskiene, J. Miskinis, A. Mazeikis, J. Sinius, E. Zasinas, and A. Zindulis, Cluster and thin layer of compound semiconductor growth on hexagonal and vicinal cubic surface and the simulation of atom behavior, Microelectron. J. 30, 335–340 (1999),
http://dx.doi.org/10.1016/S0026-2692(98)00131-1
[4] Y. Kangawa, T. Ito, A. Taguchi, K. Shiraishi, T. Irisawa, and T. Ohachi, Monte Carlo simulation for temperature dependence of Ga diffusion length on GaAs(0 0 1), Appl. Surf. Sci. 190, 517–520 (2002),
http://dx.doi.org/10.1016/S0169-4332(01)00930-8
[5] I. Volintiru, M. Creatore, and J.L. Linden, Expanding thermal plasma-deposited ZnO films: Substrate temperature influence on films properties. Film growth studies, Superlatt. Microstruct. 39, 348–357 (2006),
http://dx.doi.org/10.1016/j.spmi.2005.08.061
[6] S.G. Yoon, H.K. Kim, and M.J. Kim, Effect of substrate temperature on surface roughness and optical properties of Ta2O5 using ion-beam sputtering, Thin Solid Films 475, 239–242 (2005),
http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2004.07.043
[7] P. Sobotík and I. Ošt'ádal, Temperature induced change of surface roughness of Au (111) epitaxial films on mica, J. Cryst. Growth 197, 955–962 (1999),
http://dx.doi.org/10.1016/S0022-0248(98)01069-0
[8] M. Rusop, T. Soga, and T. Jimbo, The effect of processing parameters on amorphous carbon nitride layer properties, Diamond Relat. Mater. 13, 2187–2196 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.diamond.2004.06.024
[9] P. Patsalas, C. Gravalidis, and S. Logothetidis, Surface kinetics and subplantation phenomena affecting the texture, morphology, stress, and growth evolution of titanium nitride films, J. Appl. Phys. 96, 6234–6245 (2004),
http://dx.doi.org/10.1063/1.1811389
[10] K. Cai, M. Müller, J. Bossert, A. Rechtenbach, and K.D. Jandt, Surface structure and composition of flat titanium thin films as a function of film thickness and evaporation rate, Appl. Surf. Sci. 250, 252–267 (2005),
http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.01.013
[11] J. Dumont, F. Wiame, J. Ghijsen, and R. Sporken, Growth of atomically at Ag on mica, Surf. Sci. 572, 459–466 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2004.09.029
[12] G. Laukaitis, S. Lindroos, S. Tamulevičius, M. Leskelä, and M. Račkaitis, Stress and surface studies of SILAR grown ZnS thin films on (100) GaAs substrates, Mater. Sci. Eng. A 288, 223–230 (2000),
http://dx.doi.org/10.1016/S0921-5093(00)00879-0
[13] P. Zhang, X. Zheng, S. Wu, and D. He, A computer simulation of nucleation and growth of thin films, Comput. Mater. Sci. 30, 331–336 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2004.02.023
[14] A. Galdikas, Non-monotonous dependence of surface roughness on factors influencing energy of adatoms during thin island films growth, Surf. Sci. 600, 2705–2710 (2006),
http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2006.04.045
[15] A. Galdikas, Thin film deposited onto the rough surface: Phenomenological investigations, Thin Solid Films 418, 112–118 (2002),
http://dx.doi.org/10.1016/S0040-6090(02)00715-0
[16] A. Galdikas, Surface topography development and ion mixing in the study of depth profiling of multilayered structures, Vacuum 55, 51–58 (1999),
http://dx.doi.org/10.1016/S0042-207X(99)00123-2
[17] A. Galdikas and L. Pranevičius, Interactions of Ions with Condensed Matter (Nova Science Publishers, Huntington, New York, 2000), p. 174