薄膜生长基底对FeS{2}晶体取向的影响

材料研究学报

2004, Vol. 18

Issue (4): 373-379

论文

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薄膜生长基底对FeS{2}晶体取向的影响

刘艳辉;孟亮;张秀娟

浙江大学金属材料研究所

Effect of substrate structures on crystal orientation of the FeS$_{2}$ thin films

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浙江大学金属材料研究所

引用本文:

刘艳辉; 孟亮; 张秀娟 . 薄膜生长基底对FeS{2}晶体取向的影响[J]. 材料研究学报, 2004, 18(4): 373-379.

全文: PDF(1798 KB)

摘要: 用Fe膜硫化法制备了FeS$_{2}$薄膜, 分析了基底对FeS$_{2}$薄膜晶体结构和位向分布的影响. 结果表明, 改变基底晶体的类型能够在一定程度上控制FeS$_{2}$薄膜的晶体位向分布. FeS$_{2}$薄膜在Si(100)、Si(111)和Al基底上可获得(200)方向的择优取向, 在TiO$_{2}$基底上可同时获得(200)及(220)择优取向, 非晶玻璃基底对位向分布影响不明显. 不同的基底与Fe薄膜的界面错配度不同, 可改变薄膜晶体位向的分布, 导致晶格畸变程度和晶粒尺寸的变化. 当基底为非晶结构或界面的错配度较大时, FeS$_{2}$晶体的取向分布主要受表面能和晶粒优先生长方向的控制, 薄膜具有较小的晶格畸变和较细的晶粒；当基底为晶态并且界面错配度较小时, FeS$_{2}$晶体取向的分布除受表面能及晶粒优先生长方向控制外, 还受界面应变能的控制, 此时薄膜易形成较大的晶格畸变和粗晶粒.

关键词 ：无机非金属材料, FeS2薄膜, Fe膜硫化法, 晶体

Abstract：Polycrystalline FeS$_{2}$ thin films were prepared by annealing the iron films in sulfur atmosphere. The crystal structure was determined and the orientation texture was discussed for the FeS$_{2}$ films prepared on the substrates with different structures. The results show that the texture distribution of the film can be controlled in a certain extent using the substrate with different crystalline types. The FeS$_{2}$ films prepared on the substrates Si(100), Si(111) and Al have only one preferred orientation (200), while those on the microcrystalline TiO$_{2}$ substrates share two preferred orientations (200) and (220). There is an insignificant effect of amorphous glass substrates on orientation distribution in the film growth. Various substrates induce different interfacial mismatch between the film and substrate, and result in the changes of lattice distortion degree, grain size and texture distribution. The film surface energy and natural orientation of grain growth mainly dominate the resultant distribution of crystal orientation and induce small lattice distortion and fine grains in the film if the substrate is amorphous or has high interfacial mismatch. Besides the film surface energy and natural orientation of grain growth, the interface strain energy participates in the domination to the resultant distribution of crystal orientation and tends to induce strong lattice distortion and coarse grains if the substrate is crystalline and has low interfacial mismatch.

Key words： inorganic non-metallic materials FeS2 thin film annealing the iron films in sulfur atmosphere orient

收稿日期: 2004-08-31

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