Processing math: 100%

Низкотемпературная взаимная диффузия и образование упорядоченных фаз в нанокристаллических тонких плёнках Au/Cu в разных атмосферах

А. А. Тинькова1, С. И. Сидоренко1, И. Е. Котенко1, В. Л. Свечников2, С. М. Волошко1

1Национальный технический университет Украины «КПИ», пр. Победы, 37, 03056 Киев, Украина
2Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина

Получена: 17.07.2014. Скачать: PDF

Исследованы процессы взаимной диффузии в тонких поликристаллических плёнках Au (30 нм)/Cu (40 нм) во время отжига при температурах 100—200°C в течение 15 и 30 мин в вакууме при различных давлениях остаточной атмосферы 102 и 106 Па и в среде водорода при давлении 5102 Па. Использован метод масс-спектрометрии вторичных нейтральных частиц, дополненный трансмиссионной электронной микроскопией, рентгеновской дифракцией и атомно-силовой микроскопией. Перемешивание двух слоёв наблюдалось при температурах, при которых объёмная диффузия полностью исключается. Измеряемые для слоя Au профили Cu и их развитие с течением времени были типичными профилями зернограничной диффузии с кинетикой C-типа. Из-за гораздо более высокой зернограничной диффузионной подвижности в обогащённом слое Au насыщение границ зёрен золота достигается за очень короткое время. Высокий уровень концентрации Cu в слое Au можно объяснить, предполагая наличие подвижных границ, которые оставляют позади себя области с высокой концентрацией Cu, близкой к стехиометрическому составу. Фазообразование происходит внутри и вокруг границ зёрен посредством перемещения диффундирующего компонента вдоль движущихся границ зёрен.

Ключевые слова: зернограничная диффузия, упорядоченная фаза, AuCu, тонкая плёнка, масс-спектрометрия вторичных нейтральных частиц.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v36/i12/1609.html

PACS: 61.05.cp, 66.30.Pa, 68.35.Fx, 68.37.Lp, 68.37.Ps, 81.10.Jt, 82.80.Ms


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. U. Bardi, Rep. Prog. Phys., 57: 939 (1994). Crossref
  2. J. H. Sinfelt, Bimetallic Catalysts: Discoveries, Concepts and Applications (New York: Wiley: 1983).
  3. M. Ohring, The Materials Science of Thin Films (New York: Academic Press: 1992).
  4. F. Cacho, G. Cailletaud, C. Rivero, P. Gergaud, O. Thomas, and H. Jaouen, Mater. Sci. Eng. B, 135: 95 (2006). Crossref
  5. K. N. Tu, Phys. Rev. B, 49: 2030 (1994). Crossref
  6. G. T. Galyon and L. Palmer, IEEE Trans. Electron. Packag. Manuf., 28: 17 (2005). Crossref
  7. L. G. Harrison, Trans. Faraday Soc., 57: 1191 (1961). Crossref
  8. W. E. Martinez, G. Gregori, and T. Mates, Thin Solid Films, 518: 2585 (2010). Crossref
  9. G. Schmitz, D. Baither, M. Kasparzak, T. H. Kim, and B. Krause, Scr. Mater., 63: 484 (2010). Crossref
  10. V. M. Koshevich, A. N. Gladkikh, M. V. Karpovskyi, and V. N. Klimenko, Interface Sci., 2: 261 (1994). Crossref
  11. U. Gösele and K. N. Tu, J. Appl. Phys., 53: 3252 (1982). Crossref
  12. F. M. d’Heurle, J. Mater. Res., 3: 167 (1988). Crossref
  13. T. Laurila and J. Molarius, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 28: 185 (2003). Crossref
  14. G. Molnár, G. Erdélyi, G. A. Langer, D. L. Beke, A. Csik, M. Kis-Varga, and A. Dudás, Vacuum, 98: 70 (2013). Crossref
  15. F. Hartung, J. C. Ewert, J. Dzick, and G. Schmitz, Scr. Mater., 39, No. 1: 79 (1998). Crossref
  16. G. Feinstein and J. B. Bindell, Thin Solid Films, 62: 37 (1979). Crossref
  17. H. Oechsner, Appl. Surf. Sci., 70: 250 (1993). Crossref
  18. L. Péter, G. L. Katona, Z. Berényi, K. Vad, G. A. Langer, E. Tyth-Kádar, J. Pádár, L. Pogány, and I. Bakonyi, Electrochim. Acta, 53: 837 (2007).
  19. A. N. Aleshin, V. K. Egorov, B. S. Bokstein, and P. V. Kurkin, Thin Sol. Films, 51: 223 (1993).
  20. L. A. Girifalco, Atomic Migration in Crystals (Tokyo, Japan: Kyōritsu Shuppan: 1980).
  21. K. Maier, phys. status solidi (a), 44: 567 (1977). Crossref
  22. A. Makovec, G. Erdélyi, and D. L. Beke, Thin Sol. Films, 520: 2362 (2012). Crossref
  23. B. D. Cullity, Elements of X-Ray Diffraction (Reading, MA: Addison-Wesley: 1979).
  24. S. Inomata and M. O .M. Kajihara, J. Mater. Sci., 46: 2410 (2011). Crossref
  25. O. Penrose, Acta Mater., 52: 3901 (2004). Crossref
  26. C. Y. Ma, E. Rabkin, W. Gust, and S. E. Hsu, Acta Metall. Mater., 43: 3113 (1995). Crossref
  27. F. Hartung and G. Schmitz, Phys. Rev. B, 64: 245418 (2001). Crossref
  28. J. Chakraborty, U. Welzer, and E. J. Mittemeijer, J. Appl. Phys., 103: 113512 (2008). Crossref
  29. J. Chakraborty, U. Welzer, and E. J. Mittemeijer, Thin Solid Films, 518: 2010 (2010). Crossref
  30. Ya. Ye. Geguzin, Yu. S. Kaganovskiy, and L. N. Paritskaya, Phys. Met. Metall., 54: 120 (1982).
  31. Yu. Kaganovskii and L. N. Paritskaya, Encyclopaedia of Nanoscience and Nanotechnology (Ed. H. S. Nalwa) (American Scientific Publishers: 2004), p. 1.