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

А. А. Тинькова$^{1}$, С. И. Сидоренко$^{1}$, И. Е. Котенко$^{1}$, В. Л. Свечников$^{2}$, С. М. Волошко$^{1}$

$^{1}$Национальный технический университет Украины «КПИ», пр. Победы, 37, 03056 Киев, Украина
$^{2}$Институт 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 10$^{-2}$ и 10$^{-6}$ Па и в среде водорода при давлении 5$\cdot$10$^{2}$ 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.