結晶について

質問

成膜を行った際、微結晶となってしまう原因としてはどのようなことがあるのでしょうか？
また、微結晶から多結晶、単結晶としていくような方法はあるのでしょうか？

回答No.3

Massy57

ロートルの薄膜屋のうろ覚えです。
ヒエラルキーの法則と言われていた記憶があります。結晶化するには、その直前の情報を反映するというもので、気相から直接結晶化する場合は、当然気相の情報（隣接する原子のインタラクションが極めて希薄）を反映するというものです。堆積速度が十分に早ければ、気相の情報を反映し、周りの原子とのインタラクションの希薄なアモルファス状態になります。
一方堆積速度が表面拡散速度より遅いと、表面での情報（すなわち基板なり、周りの成膜物質とのインタラクション）が直前の情報になるため、結晶化するというものです。液相から急速冷却し、アモルファス金属を得るというのも同じこと。理論的な法則というよりは経験則と思われますが、いろいろな成膜過程を説明できる法則という記憶があります。

回答No.2

Massy57

一般的に考えると、基板表面での成膜物質の表面核酸速度に比べ、成膜物質の堆積速度が速すぎる場合、アモルファスになると考えられるのではないでしょうか。
従って、通常は、成膜温度を上げることが、結晶化の特効薬のはずです。前の方のご回答と若干異なりますが、基板との関係で、よく熱応力が問題になりますが、熱応力のため、成膜後剥離が生じるような場合でも結晶化は問題なくしていることが見受けられます。
単結晶というと、もちろん基板を選ぶことは言うまでもありません。いわゆるエピタクシーの世界でこの場合通常は、成膜物質と同一物質の、それも特定の方位の単結晶を用いることはよく知られています。
ただ、この場合でも成膜速度が速すぎたり、成膜温度が低すぎれば単結晶化しません。

補足

回答ありがとうございます。
基板表面での成膜物質の表面拡散速度に比べ、堆積速度が速すぎるとアモルファスになるとのことですが、それはなぜなのでしょうか？
調べてみたのですがいまいちわかりませんでした。
もしよければ回答お願いします。

回答No.1

noname#160321

膜が微結晶となる理由は幾つか考えられます。
１.膜の基板がある場合、基板と結晶を生成する物質との親和性が低い。
２.単結晶とする場合、結晶生成速度が大きすぎる。この際は温度管理、濃度管理が大切。
３.多結晶の膜で結晶間に空隙が出来てしまう場合、やはり温度管理、濃度管理の問題になります。
４.やはり基板がある場合、基板との親和性により結晶の成長する面方向が基板によって決まりますので、基板の結晶方向が非常に大きな影響があります。

お礼

ありがとうございました！温度って大事なんですね。