薄膜成核和生长
薄膜成核和生长是涂层技术中的核心步骤，成核阶段涉及沉积物质在基底表面上形成微小晶核的过程，受温度、气氛等因素影响；生长阶段则是沉积物质在成核点周围逐渐增厚形成完整薄膜的过程，受沉积条件控制。理解和优化这两个过程对于调控薄膜的质量、厚度和结构至关重要，为涂层技术的研究与应用提供基础支持。
什么是薄膜成核？
薄膜成核是指在涂层过程中，沉积物质的原子、分子或离子在基底表面上聚集形成微小的晶核或起始点的过程。成核过程是薄膜形成的起始阶段，对于薄膜的最终形貌、结构和性能具有重要影响。成核过程通常受到温度、气氛、基底表面能量以及表面处理等因素的影响。成核点随后作为薄膜的生长核心，在生长过程中逐渐扩展形成完整的薄膜结构。
与块状材料不同，薄膜的物理性能与薄膜-基板的界面相互作用密切相关。这意味着薄膜的成核和生长在决定所获得材料的结构和形态特性方面起着关键作用。成核是原子核充当固态材料生长模板的过程。
这种现象通常分为在主初始相内形成原子核时发生的均匀成核，而在结构不均匀性（如反应器表面、基板表面或固体杂质）处形成非均质成核。尽管在1920年代初期就研究了形成细胞核的概念，但该领域仍然以新的理论模型，原位先进的表征技术和新的表面工程技术不断吸引研究界，以控制薄膜的成核和生长。
事实上，纳米级薄膜和图案化如今在电子、能量转换和存储、传感器和生物医学设备等技术中变得至关重要。这些领域的科学和技术进步需要更深入的理解和操纵在材料形成的最早步骤中进行表面处理。一个典型的例子是新兴的面积选择性沉积（ASD）领域，它涉及抑制成核机制以避免沉积在表面的一个区域，同时允许在相邻区域形成所需的薄膜。
薄膜成核和生长的应用
对薄膜成核和生长所涉及的不同方面的理解和控制在许多现代应用领域中具有重要作用。原子核的表面能与基底的表面能的相对重要性在决定薄膜的生长模式方面起着关键作用。表面工程技术，如机械抛光/刮擦、湿化学、热退火、等离子处理等，可以有效地诱发表面缺陷。这些表面处理将降低表面能，从而提高原子核密度。一般来说，薄膜性能受成核过程的影响很大。
由于成核过程，人们可以很容易地观察到沉积薄膜的晶体结构和形态的变化。例如，大晶粒尺寸和高粗糙度的薄膜通常以低核密度获得，而小晶粒尺寸和光滑薄膜对应于高核密度。值得注意的是，晶体结构和形态会对材料的机械、电气和光学特性产生重大影响。例如，材料的硬度、延展性和强度在很大程度上取决于其晶体结构和形貌。同样，材料的光学特性（例如透明度或颜色）也会受到其晶体结构和形态的影响。
除了晶体结构和形态外，成核过程还会影响材料的其他物理特性，例如其导热性、导电性和磁性。例如，在成核过程中形成均匀的晶体结构可以提高导热性和导电性，而形成不均匀的晶体结构可以导致电阻增加并降低导热性和导电性。因此，控制成核过程对于确定薄膜的最终性能至关重要。
控制薄膜成核相关的最新发展和最有吸引力的领域之一，即 ASD。这个新兴的研究领域不仅涉及先进的沉积和表征技术，还涉及对基底表面发生的事情的深入了解，即气态前体分子与表面官能团之间的相互作用。薄膜的面积选择性成核可以通过各种技术实现，从使用抑制剂分子到与区域选择性蚀刻（ASE）相结合，为设计和制造复杂的纳米结构和器件开辟了独特的工具。
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