Вплив відпалу в арґоні на дифузію та термічну стабільність тонкоплівкових систем перехідних металів

А. К. Орлов$^{1}$, І. О. Круглов$^{1}$, А. Лозова$^{1}$, С. І. Сидоренко$^{1}$, С. B. Приходько$^{1,2}$, С. М. Волошко$^{1}$

$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$University of California (UCLA), 420 Westwood Plaza, 2121K-Engineering 5, CA 90095-1595 Los Angeles, USA

Отримано: 05.04.2022; остаточний варіант - 27.04.2022. Завантажити: PDF

Досліджено процеси дифузійно-індукованого структуро- та фазоутворення в нанорозмірних тонких плівках Ni/Cu/V, одержаних методою магнетронного осадження на підкладинку Si (100), після відпалу в інтервалі температур 200–550°С у атмосферах вакууму (10$^{-3}$ Па) та арґону (200 Па). Термічну стабільність, дифузійний масоперенос компонентів та зміну фазового складу в атмосферах вакууму та арґону проаналізовано за допомогою метод рентґеноструктурної фазової аналізи (XRD) із використанням синхротронного та мідного випромінювання та вторинно-йонної мас-спектрометрії (SIMS). Через різну дифузійну мобільність атомів Cu та Ni із зростанням температури у досліджуваному інтервалі формуються дві області з різною концентрацією Ni та Cu. Обговорюються зернограничний та об’ємний механізми дифузії Cu та Ni, а також вплив атмосфери термічного оброблення. Показано, що відпал у вакуумі порівняно з відпалом в арґоні приводить до підвищення температури початку утворення твердого розчину на основі Cu на 100°C та пониження концентрації Ni в цьому твердому розчині. Таким чином, за умов відпалу у вакуумі тонкоплівкова композиція зберігає термічну стабільність у більшому інтервалі температур порівняно з відпалом в арґоні

Ключові слова: нанорозмірні плівки, твердий розчин, синхротронне випромінювання, термооброблення, дифузія, фазоутворення.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v44/i06/0735.html

PACS: 66.30.Lw, 68.35.Fx, 68.35.Rh, 68.55.Ln, 72.15.-v, 81.40.-z


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. C. Nacereddine, A. Layadi, A. Guittoum, S. M. Cherif, T. Chauveau, D. Billet, J. Ben Youssef, A. Bourzami, and M. H. Bourahli, Mater. Sci. Eng.: B, 136, Iss. 2–3: 197 (2007). Crossref
  2. S. Tepner, N. Wengenmeyr, M. Linse, A. Lorenz, M. Pospischil, and F. Clement, Adv. Mater. Technol., 5, No. 10: 2000654 (2020). Crossref
  3. A. U. Rehman and S. H. Lee, Crystalline Silicon Solar Cells with Nickel/Copper Contacts (Solar Cells New Approaches and Reviews (Ed. Leonid A. Kosyachenko) (IntechOpen: 2015). Crossref
  4. M. Mebarki and A. Layadi, Materials Research Express, 6, No. 11: 115505 (2019). Crossref
  5. B. Phua, X. Shen, P.C. Hsiao, C. Kong, A. Stokes, and A. Lennon, Solar Energy Materials and Solar Cells, 215: 110638 (2020). Crossref
  6. J. Colwell, P.C. Hsiao, X. Shen, W. Zhang, X. Wang, S. Lim, and A. Lennon, Solar Energy Materials and Solar Cells, 174: 225 (2018). Crossref
  7. H. Ono, T. Nakano, and T. Ohta, Appl. Phys. Lett., 64, No. 12: 1511 (1994). Crossref
  8. Jian Li, J. W. Mayer, and E. G. Colgan, J. Appl. Phys., 70, No. 5: 2820 (1991). Crossref
  9. J. Cho, H. S. Radhakrishnan, R. Sharma, M. R. Payo, M. Debucquoy, A. Van der Heide, I. Gordon, J. Szlufcik, and J. Poortmans, Solar Energy Materials and Solar Cells, 206: 110324 (2020). Crossref
  10. A. Tynkova, S. Sidorenko, S. Voloshko, A. R. Rennie, and M. A. Vasylyev, Vacuum, 87: 69 (2013). Crossref
  11. I. A. Vladymyrskyi, M. V. Karpets, F. Ganss, G. L. Katona, D. L. Beke, S. I. Sidorenko, T. Nagata, T. Nabatame, T. Chikyow, G. Beddies, M. Albrecht, and Iu. M. Makogon, J. Appl. Phys., 114, No. 16: 164314 (2013). Crossref
  12. I. O. Kruhlov, L. M. Kapitanchuk, T. Ishikawa, S. I. Sidorenko, and S. M. Voloshko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 2: 183 (2021) (in Ukrainian). Crossref
  13. S. K. Kurinec, I. Toor, Y. K. Chao, H. Shillingford, P. Holloway, S. Ray, K. Beckham, Thin Solid Films, 162: 247 (1988). Crossref
  14. A. K. Orlov, O. O. Zhabynska, I. A. Vladymyrskyi, S. M. Voloshko, S. I. Sidorenko, K. Kato, and T. Ishikawa, Thin Solid Films, 658: 12 (2018). Crossref
  15. Y. Tran and C. D. Wright, J. Magn. Magn. Mater., 331: 216 (2013). Crossref
  16. K. Kato, Y. Tanaka, M. Yamauchi, K. Ohara, and T. Hatsui, J. Synchrotron Rad., 26: 762 (2019). Crossref
  17. M. E. Straumanis and L. S. Yu, Acta Cryst. Section A: Crystal Physics, Diffraction, Theoretical and General Crystallography, 25, No. 6: 676 (1969). Crossref
  18. D. Fuks, S. Dorfman, Y. F. Zhukovskii, E. A. Kotomin, and A. M. Stoneham, Surf. Sci., 499, Iss. 1: 24 (2002). Crossref
  19. S. I. Sidorenko, S. M. Voloshko, and M. A. Vasiliev, Defect and Diffusion Forum, 156: 215 (1998). Crossref
  20. S. M. Voloshko, S. I. Sidorenko, and I. N. Makeeva, Phys. Metals, 14, No. 10: 1136 (1995).
  21. S. M. Voloshko, S. I. Sidorenko, and I. N. Makeeva, Functional Materials, 2, No. 4: 453 (1995).
  22. J. Häglund, A. F. Guillermet, G. Grimvall, and M. Körling, Phys. Rev. B, 48, No. 16: 11685 (1993). Crossref
  23. S. A. Firstov, N. A. Krapivka, M. A. Vasiliev, S. I. Sidorenko, and S. M. Voloshko. Powder Metall. Met. Ceram., 55, No. 7–8: 458 (2016). Crossref
  24. 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
  25. P. Scherrer, Kolloidchemie Ein Lehrbuch (Berlin, Heidelberg: Springer: 1912), p. 387 (in German). Crossref
  26. N. W. Ashcroft and A. R. Denton, Phys. Rev. A, 43, No. 6: 3161 (1991). Crossref
  27. B. Hugsted, L. Buene, T. Finstad, O. Lønsjø, and T. Olsen, Thin Solid Films, 98, No. 2: 81 (1982). Crossref
  28. A. I. Oleshkevych, A. M. Gusak, S. I. Sidorenko, and S. M. Voloshko, Ukr. J. Phys., 55, No. 9: 1005 (2010) (in Ukrainian).
  29. G. Guisbiers and M. José-Yacaman, Use of Chemical Functionalities to Control Stability of Nanoparticles (Molecular Sciences and Chemical Engineering: 2018). Crossref
  30. M. V. Akdeniz and A. O. Mekhrabov, Acta Mater., 46, Iss. 4: 1185 (1998). Crossref
  31. Y. Çelik, W. Escoffier, M. Yang, E. Flahaut, and E. Suvacı, Carbon, 109: 529 (2016). Crossref
  32. S. I. Sidorenko, S. M. Voloshko, S. O. Zamulko, and A. I. Oleshkevych, Diffusion and Interfaces Stability in Thin Film Metallic Contacts (Kyiv: Naukova Dumka: 2014), p. 199.