The correlation between film structure and surface temperature

Abstract

The structure of metal films deposited from fluxes of energetic and thermalized sputtered atoms has been studied in detail. The growth surface temperature Tsurf developing during the condensation of sputtered atoms has been measured by two independent techniques. Variations in the film structure from fine-grained in the interface region to coarse-grained in the upper part of the film correlate with variations in the Tsurf. The Tsurf being equal to the substrate temperature at the beginning of the deposition steeply increases and remains several times higher than the substrate temperature during the process. We explain this effect by formation of a liquid-like layerwith low thermal conductivity that forms on the growth surface during deposition. Due to this layer we assert that the film grows by a "gas->liquid->solid" rather than a "gas->solid" mechanism independently on the deposition method.

Досліджено структуру металевих плівок, осаджених з потоків енергетичних і термалізованих розпорошених атомів. Двома незалежними методами виміряно температуру поверхні росту Tsurf, яка виникає у процесі конденсації атомів. Зміни структури від дисперсної в області під підкладкою до грубозернистої у верхніх частинах плівки корелюють із змінами Tsurf у процесі росту плівки. На початку процесу Tsurf дорівнює температурі підкладки Тs, але швидко зростає і, досягнувши певної величини, залишається у декілька разів більше Тs впродовж всього процесу. Цей ефект пояснено утворенням на поверхні зростання у процесі формування плівки рідкоподібного шару з низькою теплопровідністю. Існування такого шару дозволяє стверджувати, що плівка росте за механізмом "пара->рідина->кристал", а не "пара->кристал", незалежно від методу осадження.

Исследована структура металлических пленок, осажденных из потоков энергетических и термализованных распыленных атомов. Двумя независимыми методами измерена температура поверхности роста Tsurf возникающая в процессе конденсации атомов. Изменения структуры от дисперсной в приподложечной области до крупнозернистой в верхних частях пленки коррелируют с изменениями Tsurf в процессе роста пленки. Tsurf будучи в начале процесса равной температуре подложки Тs, быстро растет и, достигнув определенной величины, остается в несколько раз больше Тs на протяжении всего процесса. Этот эффект объяснен образованием на поверхности роста в процессе формирования пленки жидкоподобного слоя с низкой теплопроводностью. Существование такого слоя позволяет утверждать, что пленка растет по механизму "пар->жидкость->кристалл", а не "пар->кристалл", независимо от метода осаждения.