薄膜の成長機構

薄膜成長の機構を決定するには堆積する膜のうち、最初の数層の化学ポテンシャルについて考える必要がある。マルコフによれば、原子あたりの層の化学ポテンシャルは

${\displaystyle \mu (n)=\mu _{\infty }+[\varphi _{a}-\varphi _{a}'(n)+\varepsilon _{d}(n)+\varepsilon _{e}(n)]}$

で表すことができる[7]。ここで、${\displaystyle \mu _{\infty }}$は吸着材料のバルク部分の化学ポテンシャル、${\displaystyle \varphi _{a}}$は吸着原子の同一材料からなる濡れ層からの脱着エネルギー、${\displaystyle \varphi _{a}'(n)}$は基板表面からの吸着原子の脱着エネルギー、${\displaystyle \varepsilon _{d}(n)}$は原子ごとのミスフィット転位エネルギー、${\displaystyle \varepsilon _{e}(n)}$は原子ごとの均一歪みエネルギーである。一般的にこれらの値は成長する層の層厚と基板ー吸着膜の格子ミスフィットに複雑に依存している。歪みがごく小さな場合(${\displaystyle \varepsilon _{d,e}(n)\ll \mu _{\infty }}$の場合)、膜の成長機構は${\displaystyle {\frac {d\mu }{dn}}}$に依存する。

• ${\displaystyle {\frac {d\mu }{dn}}<0}$ (吸着原子間の力が表面吸着力より強い場合;VW成長)
• ${\displaystyle {\frac {d\mu }{dn}}>0}$(表面吸着力が吸着原子間の力より強い場合;FM成長)

SK成長では、初めのうちはFM成長によって成長し、歪みエネルギーが堆積層に蓄積され、が負になると成長機構がVW成長のものに切り替わる。つまり島状に成長する方がエネルギー的に有利になるのである[7]。