薄膜の成長機構
ストランスキー・クラスタノフ成長(英語: Stranski-Krastanov growth mode、SKモード、島状+層状成長機構、単層上核生成機構)では、はじめのうちは2次元的な層成長が見られるが、ある臨界層厚以上になると3次元的な島状成長の両方の成長機構が見られるようになる。この成長機構はイヴァン・ストランスキ(英語版)とリュボミール・クラスタノフ(英語版)にちなんで名づけられた。
フランク・ファンデルメルヴェ成長(英語: Frank–van der Merwe growth mode、FMモード、層状成長機構、単層成長機構)は吸着原子と表面間の相互作用が吸着原子間より強い時の成長機構で、原子同士が平滑に付着するため上方の層が形成される前に下方の層が形成されるという2次元的な成長機構である。この成長機構はフレデリック・チャールズ・フランク(英語版)とジャン・H・バン・デル・メルヴェ(英語版)によって名付けられた。
薄膜成長の機構を決定するには堆積する膜のうち、最初の数層の化学ポテンシャルについて考える必要がある。マルコフによれば、原子あたりの層の化学ポテンシャルは
μ ( n ) = μ ∞ + [ φ a − φ a ′ ( n ) + ε d ( n ) + ε e ( n ) ] {\displaystyle \mu (n)=\mu _{\infty }+[\varphi _{a}-\varphi _{a}'(n)+\varepsilon _{d}(n)+\varepsilon _{e}(n)]}
で表すことができる。ここで、 μ ∞ {\displaystyle \mu _{\infty }} は吸着材料のバルク部分の化学ポテンシャル、 φ a {\displaystyle \varphi _{a}} は吸着原子の同一材料からなる濡れ層(英語版)からの脱着エネルギー、 φ a ′ ( n ) {\displaystyle \varphi _{a}'(n)} は基板表面からの吸着原子の脱着エネルギー、 ε d ( n ) {\displaystyle \varepsilon _{d}(n)} は原子ごとのミスフィット転位エネルギー、 ε e ( n ) {\displaystyle \varepsilon _{e}(n)} は原子ごとの均一歪みエネルギーである。