(Phys.org) - Grunden för många moderna elektroniska enheter, till exempel datorchips, är tunna filmer-lager med nanoskala-tjocklek av ett material som odlas på ytan av ett annat. När konsumenterna fortsätter att kräva snyggare och snabbare produkter, Att förstå utvecklingen av tunnfilmstillväxt hjälper forskare att lära sig att skräddarsy tunna filmer för ny teknik.

I vissa fall växer filmer lager för lager, varje lager en atom tjock, medan i andra fall atomer som deponeras på en yta bildar tredimensionella öar som växer, träffa och sammanfoga till en kontinuerlig film. I det senare fallet, forskare har traditionellt antagit att de växande öarna är homogena, med liknande storlekar, och sammanfaller ungefär samtidigt. Dock, i en ny studie, med hjälp av röntgenstrålar producerade vid National Synchrotron Light Source (NSLS), Boston University (BU) forskare undersökte ötillväxt i realtid, upptäcka att processen är mer dynamisk än vad den traditionella uppfattningen föreslår.

Gruppen bestämde att öutvecklingen matchar det beteende som förutses av en enkel men detaljerad modell av avsättningen, tillväxt, och koalescens av flytande droppar, känd som Family-Meakin (FM) -modellen. Dessutom, de föreslår att andra typer av tunna filmer som odlas av ö -mekanismen kan bete sig på samma sätt under de tidiga tillväxtstadierna. De beskriver sitt arbete den 7 september, 2012, upplaga av Fysiska granskningsbrev .

BU -fysikern Karl Ludwig förklarar, "Det är förvånande för många människor att det fortfarande finns grundläggande saker att lära sig om en så tydligen enkel process som en tredimensionell tunnfilmstillväxt. Men som så ofta inträffar, när vi har ett nytt verktyg som möjliggör undersökning i realtid med oöverträffade detaljer, vi lär oss att verkligheten är mer komplex, och mer spännande, än ofta antagits. "

Vid NSLS beamline X21, med hjälp av en forskningsändstation utvecklad för att studera materialytor och tunna filmer i realtid, BU -gruppen deponerade aluminium på två ytor, kiseloxid och safir. Proverna placerades inuti en ultrahög vakuumkammare, och den tunna filmen avsattes mycket långsamt så att forskarna kunde ta flera röntgenundersökningar av ytan under tillväxt och "titta på" aluminiumfilmen utvecklas i realtid.

Röntgenundersökningarna föreslog att de deponerade atomerna till en början samlades för att bilda små öar med diametrar på bara ett par nanometer (miljarddels meter) och sedan började samlas, bildar större öar med en diameter på cirka 10 nm (experimentet var inte tillräckligt länge för att slutföra filmtillväxt, men öarna skulle så småningom smälta samman till ett kontinuerligt lager). Detta bekräftades senare av atomkraftmikroskop (AFM) bilder av provet, togs efter att experimentet avslutats och provet hade extraherats från kammaren. Med sluthöjder på cirka 3 nm, öarna var "starkt tredimensionella". Verkligen, AFM -bilderna som togs i slutet av studien visade relativt höga öar med ungefär halvklotform.

Resultaten visar flera sätt på vilka filmens utveckling stämmer överens med vätskedroppsbeteende enligt FM-teorin-även om filmen är fast, inte flytande. Till exempel, öarnas utveckling är självliknande, vilket betyder att den genomsnittliga geometrin vid ett senare tillfälle liknar den vid en tidigare tidpunkt, men med längd skalor ökade ("skalas") av en makt lag.

Den viktigaste ingrediensen som FM -modellen innehåller, som saknades i den traditionella synen på ötillväxt, är sammanslagningen av öar för att bilda nya, kompakta öar när de drabbar. Detta leder till en karakteristisk morfologi som observerats i AFM -bilderna där många mindre öar sprids bland större öar som bildas när de små kombineras. Sådan koalescens bör vara ett utbrett fenomen för små öar på ytor, och förstå det kan leda till bättre kontroll av ultratunna filmer för tekniskt bruk.