第九章固态相变

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Transcript 第九章固态相变

《材料物理化学》
固态相变
主讲: 李坦平
固态相变
概述
一、相变与相变过程
1、物相:物质系统中具有相同相同化学组成、聚集状态
和相同
物理与化学性质的物质部分的总称。
2、相:在一定条件下,处于热力学平衡状态的物质将以
一种由该
条件所决定的聚集状态或结构形式存在。这种形式就是相。
3、相变(相变过程):指在一定外界条件(温度、压力
、电场、磁场等)下,体系中发生的从一相到另一相的变
化过程。
固态相变
4、讨论:
狭义相变:过程前后相的化学组成不变,即不发生化学反应。
如:单元系统中的晶型转变A(结构X) ==A(结构Y)
硅酸盐水泥熟料中的α-C2S转变成β-C2S
广义相变:包括过程前后相组成的变化。
类型很多:
g  L (凝聚、蒸发)
g  S (凝聚、升华)
L S (结晶、熔融、溶解)
S1 S2 (晶型转变、有序-无序转变)
L1 L2 (液体)
A+BC 或A B+C
亚稳分相 (Spinodal分相)
固态相变
概述
二、硅酸盐材料的相变现象
相变在硅酸盐材料的科研与生产中十分重要:例如
1、陶瓷、耐火材料的烧成和重结晶;
2、玻璃中防止失透或控制结晶来制造各种微晶玻璃;
3、瓷釉、搪瓷和各种复合材料的熔融和析晶;
4、硅酸盐水泥熟料中主要矿物硅酸三钙与硅酸二钙的多
晶转变等。
固态相变
概述
三、相变与硅酸盐材料的性能
相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理
的工艺过程是极为重要的,是材料研究、制造中的重要课题。
例1:锂铝硅微晶玻璃
玻璃中析出β-石英和锂霞石,且颗粒小于40Nm时
1、玻璃是透明的
2、密度大于普通玻璃,强度提高;
3、膨胀系数可趋于零,热稳定性可提高
到1150ºC,未微晶化的玻璃仅150ºC
粒径小
于可见
光波长
固态相变
概述
三、相变与硅酸盐材料的性能
相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理
的工艺过程是极为重要的,是材料研究、制造中的重要课题。
例1:锂铝硅微晶玻璃
当处量温度提高时,β-石英和锂霞石固熔体会转变为β –锂辉
石或β –锂辉石与β –石英固熔体,且颗粒长大至微米级
1、玻璃失去透明性,成白色;
2、膨胀系数增大,热稳定性降到450ºC左右。
粒径大
于可见
光波长
固态相变
概述
三、相变与硅酸盐材料的性能
相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理
的工艺过程是极为重要的,是材料研究、制造中的重要课题。
例2:尖晶石为主晶相的微晶玻璃
尖晶石作为主晶相均布在硅质基质中,这种材料的强度高、
韧性好,可作为硬盘板材料,但硬度很高,抛光困难。
强度、韧性同样好,但抛光性能改善
析晶出:
堇青石
顽火灰石
固态相变
例3:硅酸盐水泥熟料中硅酸二钙的多晶转变
纯C2S在1450ºC以下,存在多晶转变
680~630℃
11
1425±10℃
α
±
60
10
℃
α'
L
(粗晶)
690±20℃
β
H
α'
<500℃
H
11
6
(微晶)
0±
10
℃
α'
L
630~620℃
β
690±20℃
780~860℃
L
γ
3)根据固熔的氧化物的种类和数量,
以及冷却开始的温度与速率,生产中可
以保留不同的高温型。这也就是生产中
必须对熟料进行急冷的原因之一。也是
水泥生产中的一个关键。
1)对于纯C2S,有水硬性的
α、 αH’、 αL’、 β型
在室温下都是不稳定的,有
趋势转变为水硬性微弱的γ
型,而γ的比重最小,这一
转变将导致体积膨胀,以致
发生粉化。
2)但在熟料中,含有 MgO 、
Al2O3、Fe2O3、SO3、 ZnO、
Cr2O3、R2O等,因此熟料中的
C2S也为固熔体。
固态相变
9.1 相变的分类
一、按热力学分类
热力学分类把相变分为一级相变、二级相变或多级相变
物质的相变种类和方式很多,特征各
异,很难将其归类,常见的分类方法
一级相变:体系由一相变为另一相时,如两相的化学势
有按热力学分类、按相变方式分类、
相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的相变称
按相变时质点迁移等情况进行分类。
为一级相变
二级相变:相变时两相化学势相等,其一级偏微熵也相等,而
二级偏微熵不等。
按自由能函数G导数连续情况来定义相变的级别:一个系统
在相变点有直到(n-1)阶连续的导数,但n阶导数不连续,
则该相变定义为n级相变。
固态相变
9.1 相变的分类
二、按相变方式分类
Gibbs(吉布斯)将相变过程分为两种不同的方式:
1、由程度大、但范围小的浓度起伏开始发生相变,
并形成新相核心,即成核-长大型相变;
2、由程度小、范围广的浓度起伏连续地长大形成新
相,
固态相变
9.1 相变的分类
三、按质点迁移特征分类
1、扩散型相变:特点是相变依靠原子(或离子)的扩散来
进行的;这类相变较多,如晶型转变、熔体中析晶、气
-固相变、液-固相变和有序-无序转变等。
2、无扩散型相变:主要是在低温下进行的纯金属(锆、
钛、钴等)同素异构转变以及一些合金(Fe-C、Fe-Ni、
Cu-Al等)中的马氏体转变。
固态相变
9.1 相变的分类
四、按动力学分类
按动力学特征进行分类,固态相变中的扩散型相变可分为:
(1)脱溶转变:由亚稳定的过饱和固溶体转变为一个稳定的
或亚稳定的脱溶物和一个更稳定的固溶体。
(2)共析转变:一个亚稳相由其它两个更稳定相的混合物所
代替,即由一个相转变成两个不同相。
(3)有序-无序转变:由有序向无序转变。
(4)块型转变:母相转变为一种或多种成分相同而晶体结构
不同的新相。
(5)同素异构转变:又叫多形性转变,晶体结构在一定的温
度范围内是稳定的,而当温度不在该范围,转变为其他晶
型,如前述的硅酸二钙。
固态相变
9.1 相变的分类
四、其他分类
相变分类方法除以上四种外:
1、按成核特点而分为:均质转变和非均质转变;
2、按成分、结构的变化情况而分为:重建式转变
和位移式转变;
由于相变涉及新、旧相的能量变化、原子迁移、
成核方式、晶相结构等的复杂性,很难用一种分
类法描述。
固态相变
9.2 相变的基本结构特征
物相发生变化时,总伴随着某些层次结构形式的改
变。因此固体相变时其结构形式的变化,可以清楚
认识到固态相变的基本结构特征。
固态相变
一、重构型相变和位移型相变
晶体相变时,晶体结构发生变化,分为:
重构型结构变化
重构型相变
位移型结构变化
位移型相变
重构型相变:在相变过程中物相的结构单元间发生
化学键的断裂和重建,并形成一种新的结构。
位移型相变:在相变过程中不涉及母相结构中化学
键的断裂和重建,而只有原子或离子位置的微小位
移,或其键角的微小转动。
固态相变
a.高温母相结构;
b.重构型相变;
c.位移型相变
固态相变
重构相型转变:
例:石墨—金刚石
石墨:层状结构,层内每个碳原子与周围三个碳原子形成共价
键,而层间则由相对较弱的分子键相连。
金刚石:石墨高温高压下转变的结构完全不同的固体,结构中
每个碳原子均以共价键与其配位的四个碳原子相连,从而使
金刚石具有完全不同于石墨的力学和电学性能。
固态相变
既有重构型转变又有位移型转变-例1:石英
横向:涉及化学键的断裂和重建,特点是:构成结构的硅氧四面
体有着完全不同的连接方式,相应的转变过程具有势垒高、动力
学速率低和相变潜热大等特点。
纵向:α、β、γ变体间的转变在结构上仅表现为Si-O-Si键角的微
小变化,并在动力学上经历的势垒低、相变潜热小,有较快的相
变速度。
固态相变
既有重构型转变又有位移型转变-例2:硅酸二钙
680~630℃
0±
0℃
1
6
11
1425±10℃
α
690±20℃
β
H
α'
<500℃
H
(微晶)
0±
10
℃
H
L
(粗晶)
11
6
α'
α
α'
α'
630~620℃
L
β
690±20℃
780~860℃
L
γ
α' α'
β属于位移性转变
α ' 属于半重建性转变
L
H
L
固态相变
二、马氏体相变
马氏体(Martensite)是在钢淬火时得到的一种高硬度产物的名称,
马氏体转变是固态相变的基本形式之一。在许多金属、固熔体
和化合物中可观察到马氏体转变。
转变的本质:以晶格畸变为主、无成分变化、无扩散的位
移型相变,是晶体及其迅速的剪切畸变。
转变的特点:
1、相变无特定的温度点;
2、转变动力学速率可高达声速;
3、具有鲜明的结晶学特点。
固态相变
马氏体相变示意图
A1B1C1D1-A2B2C2D2由母相奥氏体转变为
A2B2C2D2-A1'B1'C1'D1'马氏体。
1、在母相内PQRS为直线
,相变时被破坏成为PQ、
QR'、R'S'三条直线。
2、A2B2C2D2和A1'B1'C1'D1'
二个平 面在相变前后保持
既不扭曲变形也不旋转的
状态,这两个把母相奥氏
体和转变相马氏体之间连
接起来的平面称为习性平
面,马氏体沿母相的习性
平面生长并与奥氏体母相
保持一定的取向关系
马氏体相变可以概括为沿母相习性平面
3、A2B2、A1'B1'二条棱的
生长、形成与母相保持着确定的切变共 直线性表明在马氏体中宏
观上剪切的均匀整齐性。
格结晶学关系的新相的相变过程。
固态相变
三、有序-无序相变
有序-无序转变是固体相变的又一种机理。在理想晶体中,原
子周期性地排列在规则的位置上,这种情况称为完全有序。然
而固体除了在一定的温度下可能完全有序外,在高于一定的温
度下,质点热振动使其位置与方向均发生变化,从而产生位置
与方向的无序性。在许多合金与固溶体中,在高温时原子排列
呈无序状态,而在低温时则呈有序状态,这种随温度升降而出
现低温有序和高温无序的可逆转变过程称为有序-无序转变。
固态相变
典型的有
序—无序
转变
例:AuCu3合金,高温无序下AuCu3合金中的Au和Cu原子近乎完全无规则
地排列在面心立方点阵上。温度降低时,两个原子开始发生偏聚,Au原子
择优占据立方体的顶点,Cu原子则择优占据立方体的面心位置。随着温度
进一步降低,这种有序化排列程度进一步增加 ,最后达到有序的结构。
固态相变
有序-无序的程度
一般用有序参数ξ来表示材料中有序与无序的程度,完全
有序时,ξ为l,完全无序时ξ为0。
Rw

Rw
式中:
R为原子占据应该占据的位置数;
w为原子占据不应占据的位置数;
R+w为该原子的总数。
固态相变
四、无公度相变
晶态物质失去平移对称性的相变过程。
在某些晶态材料温度降至某一温度T1时,由于其长程关联
作用使晶格不再具有严格的三维平移周期性,局域原子的性
质受到一个周期性调制,调制波的波长与母相中晶体结构的
周期之比为无理数,故而称之为无公度调制,其相变产物
称为无公度相。
固态相变
调制波可以是结构上的调制、成分上的调制、甚至更细微层次
如自旋结构上的调制。
9.3 相变热力学
固态相变
一、相变的热力学特征与相变的级数
等温等压条件下,体系内各种可能自发进行的过程和达到
平衡状态的判据为:
GT,P  0
在相变中,如存在G2-G1<0,则1相可自发地转变为2相,而
2相不能自发转变为1相。当G2=G1时,系统处于相变点上。
即高能态自发地向低能态转变。
从热力学平衡的观点看,将物体冷却(或者加热)到相转变
温度,则会发生相变而形成新相。
固态相变
一级相变的自由能函数
1= 2
  1 
  2  (V  V )
1
2

 

 P  T   P  T
  1 
  2  (-S   S )

 

1
2
 T  P   T  P
一般类型:晶体的熔化、升华;
液体的凝固、气化;
气体的凝聚以及晶体中的多数晶型转变等。
特
点:有相变潜热,并伴随有体积改变。
固态相变
二级相变:相变时两相化学势相等,其一级偏微熵也相等,而
二级偏微熵不等。
即: 1= 2
S1=S 2
V1=V2
 1   2 (等压膨胀系数)
 1   2(等温压缩系数)
C p1  C p2 (热容量)
结论:无相变潜热,无体积的不连续性,只有Cp、、的不连
续有居里点或点 (二级相变的特征点)
例:一般合金有序-无序转变、铁磁性-顺磁性转变、超导态转
变等。
固态相变
二、相变的热力学驱动力
1、相变的滞后现象
A
B
T
g
X
C
L
O
D
E
Z
Y
s
P/
P
当处于A状态的气相在恒压
实际上,当温度冷到B或D的相变温
P’下冷却到B点时,达到气
度时,系统并不会自发产生相变,
-液平衡温度,开始出现液
也不会有新相产生。而要冷却到比
相,直到全部气相转变为液
相变温度更低的某一温度例如C(气
相为止,然后离开B点进入
-液)和E(液-固)点时才能发生相
变,即凝结出液相或析出固相。这
BD段液相区。继续冷却到D
种在理论上应发生相变而实际上不
点到达液-固相变温度,开
能发生相转变的区域称为亚稳区。
始出现固相,直至全部转变
在亚稳区内,旧相能以亚稳态存在,
为固相,温度才能下降离开
而新相还不能生成。
D点进入DP’段的固相区。
OX线为气-液相平衡线(界线);
OY线为液-固相平衡线;
OZ线为气-固相平衡线。 阴影区为亚稳区
固态相变
结论
a、亚稳区处于不平衡状态。
b、在亚稳区要产生新相必须过冷。
c、当加入杂质,可在亚稳区形成新相,此时亚稳区缩
小。
原因:
1、气相转变液相时:以微小液滴出现,液滴很小,其饱和蒸汽
压>>平面态蒸汽压,在相平衡温度下,这些微粒还未达到饱和
而重新蒸发。
2、液相转变固相时:以微小晶粒出现,也由于颗粒很小,其溶
解度>>平面溶解度,在相平衡温度下,微粒重新溶解。
固态相变
2、相变过程推动力
GT,P  0
在等T,P下, G= H-T S
 G0
 G=0
H-T S=0
G=H-TS  0
H,  S不随T变化
S= H/T0
结论:相变推动力可
表示为过冷度(T)。
讨论:
T0  T
H
G=H-T.
=H(
)
T0
T0
T
 H.
T0
a. 若过程放热,  H<0,则 T>0,即T <T0,必须过冷。
b. 若过程吸热, H>0,则 T<0,即T > T0,必须过热。
固态相变
在一些与浓度和蒸气压有关的相变过程中(如结晶沉淀、气相
凝聚成液相或固相等过程)相变的热力学推动力则是系统组分
浓度或蒸气压的过饱和度。
G  RT ln
P0
G  RT ln
C0
P
C
C
 RT.
C


P0:饱和蒸汽压
P :过饱和蒸汽压
C 0:饱和溶液浓度
C:过饱和溶液浓度
总结: 相变过程的推动力应为
过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压。
固态相变
3、晶核形成条件
(1) 成核: 长大
消失
由晶核半径 r 与 rK 比较可知
临界晶胚半径:新相可以长大而不消失的最小晶胚半径
(2)推导 rK
假定在T0时,
相  相
系统自由焓的变化
表面积
界面能
G= V. G   +  G2
=V. GV+A.
假定新相胚芽为n个等大的球形颗粒,半径为r。
G=4/3.r3n. GV+4 r2.n. 
固态相变
T
 GV  H.
T0
+
G
 G  G1  G2
0
4 3
 H . T
  r .n .
 4r 2 .n.
3
T0
对于析晶
<0
>0
-
rK
结论:晶核较小时第二项占优势,晶核较大时第一项占优势.
 ( G )
0
求曲线的极值来确定 rK。即
r
2T0
2
H .T 2

 4n.
.r  8n .r  0  rK  
H .T
GV
T0
4
2
此时,G K

3
 rK 
r
固态相变
+
T3
G2
1)rK是临界晶胚半径。 rK愈小
,愈易形成新相。
G
0
T2
rK
-G1
-
rK
T1
r
T3>T3>T1
关于临界半径的分析结论:
2)rK与温度关系。要发生相变必
须 过冷。TT0时,  T愈小,
rK愈大,越不易形成新相。
(熔体析晶,一般rK =10~100nm)
3)影响rK的因素分析。
2T0
2
 rK  

H .T
GV
内因
外因
2T0
2
rK  

H .T
GV
固态相变
(3)由 rK计
2
3
T
.

n
16
1
1
0
算系统中单 G =G +G = (
)= AK 
2K
1K
K
2
2
3
3 H .T
位体积的自
由焓变化
1
 GK 
T 2
结论:1)要形成临界半径大小的新相,需作的功等于新相界面能的1/3。
2)过冷度越大系统临界自由焓变化愈小,即成核位垒愈小,相变过程越
容易进行。
(4)系统内能形成rK大小
的粒子数nK关系:
nK
G K
 exp( 
)
n
RT
结论:GK愈小,具有临界半径rK的粒子数愈多,越易发生相变。
固态相变
9.4 固态相变动力学
固态相变动力学的研究内容:
1、根据不同的相变对象或过程建立适当的物理模
型描述相变过程的细节;
2、根据模型建立适当的数据关系描述过程进行的
速率;
3、分析外界条件对它们产生的影响。
固态相变
一、晶核形成过程动力学
(1)均匀成核--组成一定,熔体
均匀一相,在T0温度下析晶,
临界晶核
发生在整个熔体内部,析出物质组成
与熔体一致,各个位置上具有相同的
成核几率。
成核速率 IV = .n i .nK
原子与晶核碰撞频率
临界晶核数
临界晶核周围原子数
   0 . exp(  Gm / RT )
且 n K  n. exp(  G K / RT )
迁移活化能
固态相变
Gm
G K
IV   0 ni n. exp( 
). exp( 
)
RT
RT
Gm
G K
 B exp( 
). exp( 
)
RT
RT
P:受核化位垒影响的成核率因子
 P .D
D:受原子扩散影响的成核率因子
讨论:T 对 IV 的影响。
G K
P  B exp( 
)
RT
G m
D  exp( 
)
RT
IV
IV
P
D
IV  P . D
T
固态相变
(2)非均匀成核--有外加界面参加的成核。
原因:均匀成核中新相变胚芽与母相间的高能量界
面被非均匀成核中新相胚芽与杂质异相间的低能量界
面所取代。
非均匀成核临界成核位垒 G K* 与接触角的关系。
较小的过
冷度即可
以成核
假设在过饱和的母相中存在杂质S,新相的胚芽依附在S的表面
形成,其成核几何模型如图所示:
G K*  G K . f ( )
( 2  cos )(1  cos )2
f ( ) 
4
液体

 S L
固体核 
 MS

 M L
新相胚核在母相与杂质S的界面上形成
固态相变

cos 
润湿
0~900
不润湿
900~1800 0~(-1)
1~0
f()
G K*
0~1/2 (0~1/2)G K
1/2~1
(1/2~1) G K
结论:
1.G K*  G K,所以非均匀成核析晶容易进行。
2. 润湿的非均匀成核位垒低于非润湿的,因而润湿更易成核。
非均匀成核速率Is:
G K*  G M
I S  BS exp( 
)
RT
固态相变
二、晶体生长过程动力学
1)晶体理想生长过程迁移速率Q
影响 u 的因素:温度(过冷度)和浓度(过饱和度)等。
能
量
q
.
G
晶体稳定位置

液体稳定位置

距离
q
)
RT
G+q
Q

n

exp(

)
SL
0
质点由固相向液相迁移的速率:
RT
q
G
)[1  exp( 
)]
质点由液相向固相迁移的净速率:Q  n 0 exp( 
RT
RT
质点由液相向固相迁移的速率: QL S  n 0 exp( 
固态相变
2)晶体生长速率:可以单位时间内晶体长大的线性长度来表
示,也称线性生长速率
界面层的厚度
q
G
u  Q  n 0  exp( 
)[1  exp( 
)]
RT
RT
 G  HT / T0
   0 exp(  q / RT )
B  n
0 exp(q / RT)
液晶相界面迁移的频率因子
HT
G
)]  B [1  exp( 
)]
线性生长速率 u  B .[1  exp( 
T0 RT
RT
固态相变
HT
G
)]  B [1  exp( 
)]
线性生长速率 u  B .[1  exp( 
T0 RT
RT
3)讨论:
 H T
a. 当T  T0,即 T0,G<<RT,则 u  B
RT02
 u  T ,即说明在高温阶段,T  ,u  。
b. 当T<<T0,则G>>RT,此时
u  B
此时,生长速率达极大值,一般约在10-5cm/s范围。
固态相变
出现峰值原因:
logu
高温阶段主要由液相变成晶相的速
率控制,增大T 对此过程有利,故 u
增大。
低温阶段主要由相界面扩散控制,
低温不利于扩散,故 u 降低。
T
固态相变
9.5 结晶与晶体生长
结晶:由气相或液相物质在一定条件下转变成晶体的过程。
例:
1、空气中的水蒸气冷却直接结晶成雪花;
2、高温金属熔体或熔盐进冷却结晶成晶态固体;
3、溶液中溶质经过饱和过程结晶出盐类矿物;
4、硅酸盐水泥熟料烧成过程中,硅酸三钙晶体的形成与生长;
5、水泥水化产物氢氧化钙晶体的形成与生长等。
固态相变
一、晶核形成的结构基础
结晶作为一种相变过程,晶相的形成也必然经过成核-长大
过程。
结构起伏是液体结构的重要特征,是产生晶核的结构基础。
液相中的每个原子或离子时刻都在不断的快速运动着,
对于某一微小的任一空间,各运动单元的位置、速度、能量
都在迅速的变化着。表现在宏观上就是体系的能量起伏和结
构起伏。
而在接近熔点的液体中,结构起伏的存在使一个运动单元有
可能进入另一个运动单元的力场中得到结合,构成短程有序
排列的原子集团。这种短程规则排列的原子集团实际上就是
结晶过程的晶核前体。
固态相变
晶体生长的主要理论
在结晶过程中,晶核形成后便是晶体的生长过程。
1.克塞尔-斯特兰斯基层生长理论
2.螺旋生长理论
3.布拉维法则、周期性键链理论
固态相变
1.克塞尔-斯特兰斯基层生长理论
在晶核光滑表面上生长一层原子面时,质点在界面上进入晶格
空位的最佳位置是具有三面凹入角的位置。质点在该位置上与
晶核结合成键放出的能量最大,因此是能量上最有利的位置。
其次是二面凹入角的面位置。最不利的生长位置是光滑平面上
的位置。
固态相变
2.螺旋生长理论
克赛尔理论的困难:已长好的晶面对液相中质点的引力较小,
不易克服质点的热振动运动,使质点就位。
固态相变
这种在晶体生长界面上螺旋位错露头点所出现的凹角及其延伸
所形成的面凹角可作为一个永不消失的台阶源。
螺位错生长示意图
固态相变
3.布拉维法则、周期性键链理论
布拉维从晶体具有空间格子构造的几何盖面出发,研究发现
实际晶体的晶面常常是一些原子面密度较大的晶面。
原子面密度较高的晶面具有较大的晶面间距,晶面间原子相
互作用力小,晶体生长过程中这种晶面平行向外推移比较困
难,其垂直生长速度较小,因而最后被保留下来形成晶面,
而那些原子面密度较小的晶面因生长速度较快而逐渐消失。
固态相变
9.6 薄膜材料中晶体生长
薄膜 材料是生长在衬底材料上的准二维材料,它的生长过程
可看成源于环境的相关组分原子在衬底材料表面上的沉积过程。
在沉积过程中到达衬底的原子一方面和飞来的其他原子相互作
用,同时也要和衬底相互作用,形成有序或无序排列的薄膜。
固态相变
根据生长机制的差别,薄膜生长可以分成三类:
1.核生长型,三维生长机制;
2.层生长型,二维生长机制;
3.层核生长型,单层、二维生长后三维生长机制。
固态相变
1.核生长型,三维生长机制
特点:到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核,后续飞来的沉积
原子不断聚集在核附近,使核在三维方向上不断长大而最终形
成薄膜。大部分薄膜的形成过程属于这种类型。
2.层生长型,二维生长机制
特点:沉积原子首先在衬底表面以单原子层的形式均匀地覆盖
一层,然后再在三维方向上生长第二层、第三层。。这种生长
方式多数发生在衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子
相互之间的键能的情况。
固态相变
3.层核生长型,单层、二维生长后三维生长机制。
当衬底原子和薄膜原子之间的键能接近于沉积原子之间的键
能时,容易出现层核生长型。
首先,在衬底表面上生长1~2层单原子层,这种二维结构强
烈地受衬底晶格的影响,晶格常数会有较大畸变。然后再在
这些原子层上吸附沉积原子,并以核生长的方式形成小岛,
最终再形成薄膜。
在半导体表面上形成金属薄膜时,常常呈现层核生长型。
在实际情况中,可以利用电子显微镜、俄歇电子能谱仪等
进行判别。
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