研究目的
研究铝膜与非晶锗（a-Ge）衬底的相互作用如何影响热蒸发生长过程中铝膜的微观结构和织构演变，并利用金属-半导体界面处的高原子迁移率为定制金属薄膜织构提供独特途径。
研究成果
a-Ge衬底显著改变了Al薄膜的微观结构和织构，使优选取向从(111)转变为(110)，并因界面处高Ge原子迁移率而减小晶粒尺寸。这归因于从三维到二维形核的转变以及晶界润湿效应。该发现为通过衬底相互作用控制金属薄膜织构提供了新方法。
研究不足
该研究仅限于铝薄膜及特定衬底（非晶硅和锗）；结果可能不适用于其他金属或衬底。实验在室温下进行，未探究其他温度下的效应。其机制基于热力学计算及对原子迁移率的假设，可能存在不确定性。
1：实验设计与方法选择：
本研究在超高真空系统中采用热蒸发法，比较了非晶态SiO2（a-SiO2）和非晶态Ge（a-Ge）衬底上生长的Al薄膜，旨在理解衬底相互作用对薄膜微观结构和织构的影响。
2：样品选择与数据来源：
以带有原生非晶SiO2层（1-2纳米厚）的Si(001)晶圆作为衬底。制备了两类样品：a-SiO2上的Al薄膜，以及a-SiO2上沉积1纳米厚a-Ge插入层后的Al薄膜。
3：实验设备与材料清单：
超高真空系统（基础压强<2e-10毫巴）、Al和Ge蒸发的克努森池、透射电子显微镜（TEM；CM 200，飞利浦）、X射线衍射仪（X'Pert MRD，帕纳科）、电子背散射衍射相机（Hikari，EDAX）、X射线光电子能谱系统（Thermo VG Thetaprobe，赛默飞世尔科技）、俄歇电子能谱显微镜（JAMP-7830F，日本电子），以及用于晶粒分析的软件（Nano Measurer）和取向成像软件（OIM，EDAX）。材料包括Al和Ge源、硅晶圆、丙酮、异丙醇和氮气。
4：实验流程与操作步骤：
衬底经丙酮和异丙醇清洗后用氮气干燥。对于a-SiO2上的Al薄膜，在1100°C下以2纳米/分钟速率蒸发Al。对于a-Ge上的Al薄膜，先在1400°C下以2纳米/分钟速率沉积1纳米Ge层，再在相同条件下蒸发Al。通过TEM、XRD、EBSD、XPS和AES测量分析微观结构、织构和成分。
5：数据分析方法：
使用Nano Measurer软件测定晶粒尺寸并统计分析500个晶粒。通过XRD图谱分析织构。EBSD数据经OIM软件处理。XPS和AES用于元素成分及深度剖析分析。
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获取完整内容-
X-ray Diffractometer
X'Pert MRD
PANalytical
Used for XRD measurements to analyze the texture of the Al films.
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X-ray Photoelectron Spectroscopy System
Thermo VG Thetaprobe
Thermo Fisher Scientific
Used for XPS measurements to analyze surface composition.
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Auger Electron Spectroscopy Microscope
JAMP-7830F
JEOL
Used for AES depth profiling to measure concentration changes with depth.
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Transmission Electron Microscope
CM 200
Philips
Used to investigate the microstructures of the Al films in plan-view.
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Electron Backscatter Diffraction Camera
Hikari
EDAX
Used for EBSD measurements to determine grain orientations.
-
Grain Analysis Software
Nano Measurer
Used to determine grain sizes from TEM images.
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Orientation Imaging Microscopy Software
OIM
EDAX
Used for post-measurement processing of EBSD data.
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Knudsen Cell
Used for thermal evaporation of Al and Ge sources.
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Ultrahigh Vacuum System
Used for film deposition with base pressure < 2e-10 mbar.
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