斯特兰斯基－克拉斯坦诺夫生长簡稱S-K生長，是薄膜在結晶表面磊晶成長的三種主要模式之一。SK模式又被称为“层状加岛状生长”，此生長機制包含兩個過程：首先在基板上吸附成薄膜並開始層狀累積，達到臨界厚度時，會因應力和化學能導致薄膜轉變為岛状生长模式 。S-K生長最早由伊万·斯特兰斯基和在1938年發現。直到1958年，S-K生長模式、Volmer-Weber生長模式和Frank–van der Merwe生長模式才被在他的著作中正式歸類為薄膜成長的三大主要機制。此后，SK生长一直是深入研究的对象，这不仅是为了更好地理解薄膜形成核心复杂的热力学和动力学，也是为了作为一种制造新型纳米结构的途径，应用于微电子工业。
薄膜生长模式
单晶表面外延（同质或异质）薄膜的生长关键取决于吸附原子与表面之间的相互作用强度。虽然可以从液体溶液中生长外延层，但大多数外延生长通过气相技术实现，例如分子束外延（MBE）。在沃尔默-韦伯（VW）生长中，吸附原子间的相互作用强于吸附原子与表面的相互作用，导致形成三维吸附原子簇或“岛”。马尔科夫提出了每个原子的层化学势模型：
由于浸润层的形成在晶体表面以共格方式发生，因此由于每种材料晶格参数的不同，薄膜与衬底之间通常存在相关的错配。较薄的膜附着在较厚的衬底上会在界面处引起错配应变，由\frac{a_{f} - a_{s}}{ a_{s}}给出。这里a_f和a_s分别为薄膜和衬底的晶格常数。随着浸润层增厚，相关的应变能迅速增加。为了释放应变，岛状形成可以以位错方式或相干方式发生。在含位错的岛中，应变释放通过形成界面错配位错来实现。引入位错所带来的应变能降低通常大于创建原子簇相关的表面能增加的随附代价。开始岛成核的浸润层厚度（称为临界厚度h_C）强烈取决于薄膜与衬底间的晶格失配，失配越大导致临界厚度越小。h_C的值范围可以从亚单层覆盖度到数个单原子层厚度。图2说明了达到临界层高度后SK生长期间的含位错岛。岛界面处显示了一个纯刃位错，以说明原子簇的释放结构。
在某些情况下（最显著的是Si/Ge系统），通过在衬底的近表面层引入起伏，可以在SK生长期间形成纳米级无位错岛。在SK生长模式下，最常用的量子点材料组合为Si/Ge或InAs/GaAs。学术界已投入大量精力开发控制衬底上“岛”的排列、密度和尺寸的方法。利用脉冲激光进行表面微凹处理或控制生长速率等技术，已成功用于改变甚至完全抑制SK转变的发生。这种在空间或时间上操控转变的能力，使得人为干预纳米结构的几何形状和尺寸等物理参数成为可能，进而能调控其电子或光电子性质（如带隙）。例如，Schwarz-Selinger等人利用表面微凹技术在Si上制造出表面误切，从而为Ge岛提供了周围环绕贫乏区的优先成核位点。Si上Ge岛的双峰尺寸分布便是这一现象的典型范例：在纹理化Si衬底上生长Ge后，金字塔形岛与圆顶形岛会共同存在。这种精确控制结构尺寸、位置和形状的能力，为微电子工业下一代器件的“自下而上”制造方案提供了极具价值的技术路径。
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参考资料
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