薄膜生长模式

不同的薄膜生长模式取决于薄膜和衬底材料表面的化学与物理性质，例如表面张力和晶格系数[11][12][5]，可通过考虑距离表面最近的几层原子的化学势来确定生长机制[12][13]。1995年，伊万·马尔可夫提出原子层内单原子的化学势模型[13]：

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

其中 ${\displaystyle \mu _{\infty }}$ 表示吸附材料的体化学势（bulk chemical potential），${\displaystyle \varphi _{a}}$ 表示浸润层吸附原子的脱附能（desorption energy），${\displaystyle \varphi _{a}'(n)}$ 表示衬底吸附原子的脱附能，${\displaystyle \varepsilon _{d}(n)}$ 表示每个原子的位错错配能（misfit dislocation energy），${\displaystyle \varepsilon _{e}(n)}$ 表示每个原子的同质应变能（homogeneous strain energy）。在一般情况下，${\displaystyle \varphi _{a}}$、${\displaystyle \varphi _{a}'(n)}$、${\displaystyle \varepsilon _{d}(n)}$ 和 ${\displaystyle \varepsilon _{e}(n)}$ 的值与薄膜的厚度，以及衬底和薄膜之间的位错有着极为复杂的关系。在应变很小的情况下（即 ${\displaystyle \varepsilon _{d,e}(n)\ll \mu _{\infty }}$），薄膜的生长模式取决于 ${\displaystyle {\frac {d\mu }{dn}}}$ 的值：

• 岛状生长模式：${\displaystyle {\frac {d\mu }{dn}}<0}$ （表层原子的凝聚力强于衬底表面的黏附力）
• 层状生长模式：${\displaystyle {\frac {d\mu }{dn}}>0}$ （衬底表面的黏附力强于表层原子的凝聚力）
• 岛状/层状生长模式：原始衬底上的生长模式为层状生长模式（即 ${\displaystyle {\frac {d\mu }{dn}}>0}$）；当后来生长的薄膜达到某个临界厚度时，在薄膜上继续生长薄膜将出现 ${\displaystyle {\frac {d\mu }{dn}}<0}$ 的情况，即生长模式转变为岛状生长模式[13]。

在实际的科学实验中，可以运用多种手段判断薄膜生长的模式，包括透射电子显微镜或扫描隧道显微镜（直接测量表面形貌），低能电子衍射或反射式高能电子衍射（通过测量衍射强度的振荡），以及俄歇电子能谱[5]。