Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js
Выпуски МФиНТ »  Том 40, выпуск 6

Структура плёнок ванадия на подложках SiO2(001), MgO(100), Al2O3(0001), SrTiO3(100) и особенности их термического окисления

А. К. Орлов1,2, И. О. Круглов1,2, С. М. Волошко1, И. Е. Котенко1, С. И. Сидоренко1, Т. Ишикава2

1Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», просп. Победы, 37, 03056 Киев, Украина
2RIKEN SPring-8 Center, 1-1-1 Kouto, Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo 679-5148, Japan

Получена: 27.04.2018. Скачать: PDF

Исследуется структура тонких плёнок ванадия на различных монокристаллических подложках V(25 нм)/SiO2(001), V(25 нм)/MgO(100), V(25 нм)/Al2O3(0001), V(25 нм)/SrTiO3(100) в исходном состоянии и при отжиге до температуры 600°C в вакууме 10−3 Па. С использованием синхротронного излучения (RIKEN SPring-8 Center) обнаружена преимущественная ориентация зёрен в направлении [110] для плёнки на подложке SrTiO3(100) с периодом кристаллической решётки в 3,024 Å, который соответствует массивному состоянию, и размером областей когерентного рассеяния порядка 11 нм. В исходном состоянии степень окисления приповерхностных слоёв определяется дальнодействующим влиянием структуры переходного слоя на границе раздела подложка/плёнка. Эта структура зависит как от типа кристаллических решёток плёнки и подложки, так и от степени несоответствия между ними. В случае аморфной структуры переходного слоя процессы окисления тормозятся. Интенсивность начальных стадий окисления при отжиге также зависит от исходной структуры плёнок ванадия. Если формируется текстура в направлении, перпендикулярном к внешней поверхности, продольные каналы из границ зёрен и тройных стыков границ зёрен становятся доминирующими путями ускоренной диффузии кислорода. При пороговом значении температуры в 350°C начинается процесс трансформации кристаллической решётки ванадия из ОЦК в моноклинную. Обсуждается возможность формирования упорядоченного твёрдого раствора замещения атомов кислорода в решётке ванадия.

Ключевые слова: синхротронное излучение, термическое окисление, тонкие плёнки, нанокристаллическая структура.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v40/i06/0777.html

PACS: 61.05.cf, 68.55.J-, 73.61.At, 81.16.Pr, 81.40.Ef, 81.65.Cf, 81.65.Mq

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. C. Lamsal and N. M. Ravindra, Spectroscopic Techniques for Security, Forensic and Environmental Applications (Eds. Y. Dwivedi, S. B. Rai, and J. P. Singh) (Kurukshetra: National Institute of Technology: 2014), Ch. 8.
  2. K. Takanezawa, K. Tajima, and K. Hashimoto, Appl. Phys. Lett., 93: 297 (2008). Crossref
  3. J. Li, B. D. Gauntt, J. Kulik, and E. C. Dickey, Microscopy and Microanalysis, 15: 1004 (2009). Crossref
  4. C. Ghosh, A. Singh, J. Basu, D. Ramachandran, and E. Mohandas, Materials Characterization, 124: 129 (2017). Crossref
  5. L. Chunwei, T. Xiubo, L. Tianwei, Q. Jianwei, Y. Jingjing, G. Chunzhi, and Y. Shiqin, Rare Metal Materials and Engineering, 42: 2437 (2013). Crossref
  6. M. Gutsche, H. Kraus, J. Jochum, B. Kemmather, and G. Gutekunst, Thin Solid Films, 248: 18 (1994). Crossref
  7. J. R. Chen, C. P. Sung, F. S. Yeh, Y. C. Liu, and C. C. Wang, J. Vacuum Science and Technology, 20: 804 (1982). Crossref
  8. G. Salomonsen, N. Norman, O. Lønsjø, and T. G. Finstad, J. Less Common Metals, 158: 251 (1990). Crossref
  9. A. Borodziuk-Kulpa, B. Stolecki, and C. Wesołowska, Thin Solid Films, 67: 21 (1980). Crossref
  10. S. S. Fouad, M. H. El-Fazary, A. A. El-Shazly, F. Sharaf, and K. M. Nassr, J. Mater. Sci., 21: 5843 (1991). Crossref
  11. M. Finazzi, F. Yubero, P. Bencok, F. Chevrier, K. Hricovini, F. Ciccacci, and G. Krill, J. Magnetism and Magnetic Materials, 165: 78 (1997). Crossref
  12. C. Binns, H. S. Derbyshire, S. C. Bayliss, and C. Norris, Phys. Rev. B, 45: 460 (1992). Crossref
  13. T. B. Massalski, Binary Alloy Phase Diagrams (Materials Park, Ohio: ASM Int.: 1990).
  14. A. I. Gusev, A. A. Rempel, and A. J. Magerl, Disorder and Order in Strongly Nonstoichiometric Compounds: Transition Metal Carbides, Nitrides and Oxides (Springer Science and Business Media: 2013).
  15. M. Gutsche, H. Kraus, J. Jochum, B. Kemmather, and G. Gutekunst, Thin Solid Films, 248: 18 (1994). Crossref
  16. https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=1114
  17. https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=52
  18. https://www.engineeringtoolbox.com/linear-expansion-coefficients-d_95.html
  19. F. W. Lytle, J. Appl. Phys., 35: 2212 (1964). Crossref
  20. https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=54
  21. A. Benninghoven, Thin Solid Films, 39: 3 (1976). Crossref
  22. A. Benninghoven, Surf. Sci., 53: 596 (1975). Crossref
  23. Е. М. Труханов, Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 1: 43 (2010).
  24. R. W. G. Wyckoff, Crystal Structures, 1: 85 (1963).
  25. M. Gutsche, H. Kraus, J. Jochum, B. Kemmather, and G. Gutekunst, Thin Solid Films, 248: 18 (1994). Crossref
  26. U. Holzwarth and N. Gibson, Nature Nanotechnology, 6: 534 (2011). Crossref
  27. S. A. Firstov, N. A. Krapivka, M. A. Vasiliev, S. I. Sidorenko, and S. M. Voloshko, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 55: 458 (2016). Crossref
  28. S. P. Chenakin, V. T. Cherepin, A. L. Pivovarov, and M. A. Vasilev, phys. status solidi (a), 96: K21 (1986). Crossref
  29. V. T. Cherepin, Fresenius’ Zeitschrift für Analytische Chemie, 335: 124 (1989). Crossref
  30. H. Düsterhöft and M. Riedel, Vacuum, 37: 157 (1987). Crossref
  31. J. R. Chen, C. P. Sung, F. S. Yeh, Y. C. Liu, C. C. Wang, J. Vacuum Science and Technology, 20: 804 (1982). Crossref
  32. P. Stender, Z. Balogh, and G. Schmitz, Ultramicroscopy, 111: 524 (2011). Crossref
  33. И. А. Овидько, А. Г. Шейнерман, Физика твёрдого тела, 44: 1243 (2002).
  34. A. Borodziuk-Kulpa, B. Stolecki, and C. Wesołowska, Thin Solid Films, 67: 21 (1980). Crossref
  35. G. L. Steckel and C. J. Altstetter, Acta Metallurgica, 24: 1131 (1976). Crossref
  36. S. Kachi, T. Takada, and K. Kosuge, J. Physical Society of Japan, 18: 1839 (1963). Crossref
  37. A. D. Rata, A. R. Chezan, M. W. Haverkort, H. H. Hsieh, H. J. Lin, C. T. Chen, and T. Hibma, Phys. Rev. B, 69: 075404 (2004). Crossref
  38. B. D. Gauntt, E. C. Dickey, and M. W. Horn, J. Materials Research, 24: 1590 (2009). Crossref
  39. M. D. Banus, T. B. Reed, and A. J. Strauss, Phys. Rev. B, 5: 2775 (1972). Crossref
  40. Т. М. Гричановська, І. Ю. Проценко, Вісник Сумського державного університету. Серія Фізика, математика, механіка, 10: 41 (2004).
  41. Л. В. Однодворец, Н. И. Шумакова, Е. П. Ткач, И. Е. Проценко, Журнал нано- та електронної фізики, 1: 29 (2009).
  42. D. W. Bruce, D. O’Hare, and R. I. Walton, Structure from Diffraction Methods: Inorganic Materials Series (John Wiley and Sons: 2014). Crossref
  43. A. K. Orlov, I. O. Kruhlov, O. V. Shamis, I. A. Vladymyrskyi, I. E. Kotenko, S. M. Voloshko, S. I. Sidorenko, T. Ebisu, K. Kato, H. Tajiri, O. Sakata, and T. Ishikawa, Vacuum, 150: 186 (2018). Crossref
  44. А. И. Гусев, Д. А. Давыдов, Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики, 86: 746 (2007).
  45. J. Li, B. D. Gauntt, J. Kulik, E. C. Dickey, Microscopy and Microanalysis, 15: 1004 (2009). Crossref
  46. К. Р. Жданов, М. Ю. Каменева, Л. П. Козеева, А. Н. Лавров, Физика твёрдого тела, 58: 1522 (2016).
  47. В. Г. Орлов, А. А. Буш, С. А. Иванов, В. В. Журов, Физика твёрдого тела, 39: 865 (1997).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»