Структурные и субструктурные изменения с ростом толщины конденсированных пленок неорганических материалов
Диссертация
Актуальность проблемы. Разработка физико-технологических принципов создания стабильной градиентной структуры — фундаментальная проблема материаловедения. Интерес к исследованию закономерностей и методам синтеза пленочных структур, характеризующихся пространственной неоднородностью структурных параметров (компактность, дисперсность, дефектность, текстура, фазовый и элементный состав), обусловлен… Читать ещё >
Список литературы
- Соболь О.В. Процесс иаиоструктурного упорядочения в конденсатах системы W-Т1-В//Физика твердого тела.- 2007. — Т. 49, Вып. 6.- С. 1104−1110.
- Козьма А.А., Малыхин С. В., Соболь О. В. Борисова С.С. Особенности фазообразо-вания в вольфрамовых пленках, осаждаемых методами ионно-плазменного распыле-ния//Физика и химия обработки материалов.- 1998.- № 3. С. 49−55.
- Соболь О.В. Механизм формирования фазово-структурного состояния конденсатов, полученных ионным распылением //ФИП, 2008, т. 6, № 1−2, С. 20−36
- Свелин Р.А. Термодинамика твердого состояния М.: Металлургия, 1968. — 316 с.
- Фролов Г. И., Жигалов B.C., Мальцев В. К. Влияние температуры на структурные превращения в нанокристаллических пленках кобальта // ФТТ, 2000, Т. 42, № 2, С. 326 328.
- Жарков С.М., Жигалов B.C., Квеглис Л. И., Лисица Ю. В. и др. Кластерная структура и сверхрешетки в пленках Со и Fe // Письма в ЖЭТФ, 1997, Т. 65, В. 12, С. 872−875.
- Maeda Y.M., Hirono S., Asahi M. TEM observation of microstructure in sputtered Co-Cr films // Jap.J.Appl.Phys. 1985.V.24. N12. P. L951-L953.
- Gau J.S., Yetter W.E.Structure and properties of oblique-deposited magnetic films // J. Appl. Phys.1987. N61. P. 3807−3809.
- Chen Т., Cavallotti P. Electroplated cobalt film for perpendicular magnetic recording medium // Appl. Phys. Lett. 1982. Vol. 41. № 2. P. 205 -207.
- Shadrow V.G., Boltushkin A.V., Tochitskii T.A., Sosnovskaja L.B. Texture and columnar structure formation in electrodeposited Co-W films // Thin Solid Films 1991 Vol.202 P.61−66.
- Howard J.K. Effect of nucleation layers on growth and magnetic properties of Co Cr and Co-Cr-X films // J. Vac. Sci. Technol. 1986. A4. № 6. P. 2975 2987.
- Kadokura S., Naoe M. Plasma effects on the Co-Cr deposition in opposing targets sputtering // IEEE Trans, on Magn. 1982.Vol. 18. № 6. P. 1113 1115.
- Lodder J.C., Cheng-Zhang L. The effect of the initial layer on the reversal mechanism in Co-Cr films. // IEEE Trans, on Magn. 1988. Vol. 24. № 2. P. 1889 1891.
- Ohkoshi M., Toba H., Honda S., Kusuda T. Electron microscopy of Co- Cr sputtered films // J. Magn. Magn.Matter. 1983. Vol. 35. P. 266 268.
- Smits J.W., Luitjens S.B., F.J.A. den Broeder. Evidence for microst- ructural inhomogen-ity in sputtered Co-Cr thin films // J. Appl. Phys. 1984. Vol. 55. № 6. P. 2260 2262.
- Coughlin O.P., Wuori E.r., Judy J.H. Nitrogen induced fee phase in RF sputtered Co-Cr films having the hep phase and perpendicular magne- tic anisotropy // J. Vac. Sci.Technol. 1982. Vol. 20. № 2. P. 171−174.
- Sagoi M., Hishikawa R., Suzuki T. Film structure and magnetic proper- ties for Co-Cr sputtered films. // IEEE Trans, on Magn. 1984. Vol.20. 215 № 5. P. 2019 2024.
- Glocker D.A., Yetter W.e., Gau J.S. The role of atomic mobility during film growth in structural and magnetic properties of Co-Cr. // IEEE Trans, on Magn. 1986. Vol.22. № 5. P. 331 -333.
- Thornton J.A. High rate thick film growth. // An. Rev. Mater. Sci. 1977. Vol. 7. P. 239 -260.
- Мовчан Б.А., Демчишин A.B.Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов никеля, титана, вольфрама, окиси алюминия и двуокиси циркония //ФММ 1969. Т.28. Вып.4. С.653- 660
- Drift A.V. Evolutionary selection, a principle governing growth orientation in vapor-deposited layers // Phil. Res. Rep. 1967. Vol. 22. P. 267 288.
- Шулаев B.M., Андреев A.A., Горбань В. Ф. Столбовой В.А. Сопоставление характеристик вакуумно-дуговых наноструктурных TiN покрытий, осаждаемых при подаче на подложку высоковольтных импульсов//ФИП.-2007-Т.6,№ 1 -2.-С.94−98.
- Ваша Р.В., Adamik М. Fomation and Characterization of the structure of surface coatings, in Protective Coatings and Thin Films. Edited by Paleau Y., Barna P.B.-1997.-Kluwer Acadtmic, Dordrecht, The Netherlands.-P.279−297
- Береснев B.M., Погребняк А. Д. и др. Структура, свойства и получение твердых на-нокристаллических покрытий, осаждаемых несколькими способами// УФМ.-2007.-Т.8, № 3.-С.171−246
- Дробышевская А.А., Давыдов И. В., Фурсова Е. В., Береснев В. М. Нанокомпозитные покрытия на основе нитридов переходных металлов// ФИП.-2008.-Т.5, № 1−2.-С.93−98
- Погребняк А.Д., Шпак Ф. П., Азаренков Н. А., Береснев В. М. Структура и свойства твердых и сверхтвердых нанокомпозитных покрытий //УФН.-2009.-Т.179, № 1.-С.35−64.
- J. and VlasekJ. Magnetron sputtering of hard nanocomposite coatings and their properties//J.Surf.Coat. Technol.-2001.- V.142−144.-P.557−566
- Veprek S., Maritza G.J., et.al. Different approaches to superhard coatings and nanocom-posites//Thin Solid Films.-2005.-V.476.-P.l-29
- Veprek S., Karankova P., Maritza G.J., Veprek-Heijman G.J. Possible role of oxygen im-purties in degradation of nc-TiN/a-SI3N4 nanocompositete//J.Vac.Sci.Technol. B.-2005.-Vol.23, N6.-P.L17-L21.
- Мовчан Б. А. Демчишин А. В. / Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов никеля, титана, вольфрама, окиси алюминия и двуокиси циркония /ФММ, 1969, т.28, с.23−30
- Мовчан Б. А. Композиционные материалы, осажденные из паровой фазы в вакууме/ Киев: ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР, 1989
- Рязанцев С.Н., Юркевич И. И., Патент № 2 098 878, Н 01 С 9/00, 03.04 1996, Способ изготовления катодной фольги и катодная фольга электролитического конденсатора
- Иевлев В.М., Белоногов Е. К., Бурова С.В.и др. Патент № 2 123 738, Н 01 С 9/00, 9/04, 21.03.1997, Пористое покрытие для модификации поверхности фольги электролитического конденсатора
- Палатник Л.С., Фукс М. Я., Косевич В. М. Механизм образования и субструктура конденсированных пленок/ М.: Наука, 1972
- Палатник JI.C., Черемской П. Г., Фукс М. Я. Поры в пленках. М.: Энергоиздат, 1982
- Осаждение из газовой фазы. /Под ред. К. Пауэлла, Дж. Оксли и Дж. Блетчера. М.: Атомиздат, 1970
- Иевлев В.М., Шведова О. Г., Белоногов Е. К. Селезнев А.Д. /Неорганические материалы
- В.И. Перекрестов, А. И. Олемской, A.C. Корнющенко, Ю.А. Косминская/ Самоорганизация квазиравновесных систем плазма—конденсат// Физика твердого тела, 2009, том 51, вып. 5. с.1003−1009
- В.И. Перекрестов. Письма в ЖЭТФ 31, 19,41 (2005).
- В.И. Перекрестов, A.C. Корнющенко, Ю. А. Косминская. Письма в ЖЭТФ 32, 20,1 (2006).
- Petrov I., Barna Р.В., Hultman L., and Greene J.E. // J. of Vacuum Science and Technology. 2003. Vol. A 21, № 5. S. 117.
- Мовчан Б.А., Демчишин A.B. // Физика металлов и металловедение. 1969. Т. 28, Вып. 4. С. 653.
- Anders. А. // J. Thin Solid Films. 2010. Vol. 518. P. 4087.
- Фортуна С.В. Микроструктура покрытий на основе нитрида титана, полученных вакуумными методами: Дис. канд. техн. наук, Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2006.
- Thornton. J. // Annu. Rev. Mater. Sci. 1977. Vol. 7. P. 239.
- Thompson C.V. // Annu. Rev. Mater. Sci. 2000. Vol. 30. P. 159.
- Messier R., Giri A.P. and Roy R.A. // J. Vac. Sci. Technol. 1984. Vol. A2. P. 500.
- Белянин А.Ф. Выращивание плазменными методами пленок алмаза и применение многослойных структур на основе этих пленок в микро- и акустоэлектронике: Дис. доктора техн. наук. М.: ОАО ЦНИТИ «Техномаш», 2002.
- Infortuna A., Harvey A.S. and Gauckler L. // Adv. Funct. Mater. 2008, Vol. 18. P. 127 135.
- Barna P.B. and Adarnik M. // Thin Solid Films. 1998. Vol. 317. P. 27.
- SmitlrD.A., Small M. and Stanis C. Electron microscopy of the grain structure of metal films and lines // Ultramicroscopy. 1993. Vol. 51. P.' 328−338.
- Каменева A.JI., Каменева Д. В. // Вестник ПГТУ «Машиностроение, материаловедение». 2010. Т. 12, №. 2. С. 46−57.
- В.М. Иевлев, Е. К. Белоногов, Б. П. Базовой Применение импульсной фотонной обработки для синтеза пленок CuInSe2 //Неорганические материалы, 2000, т.36, № 9, с. 10 421 044
- В. М. Иевлев, О. В. Сербии, С. Б. Кущев, В. Н. Санин, А. П. Исаенко, Е. К. Белоногов Фазовые, структурные и морфологические превращения в пленочных гетерострукту-рах W-C при импульсной фотонной обработке // Перспективные материалы, 2008, № 3, С. 5−15
- В. М. Иевлев, Е. К. Белоногов, А. А Максименко Субструктура и ориентация тонких пленок твердого раствора медь-палладий //Поверхность. Рентгеновские, синхротрон-ные и нейтронные исследования № 2,2008, с. 66−70
- В. М. Иевлев, Е. К. Белоногов, А. А Максименко Ориентированная кристаллизация тонких пленок Pd-Cu //ФММ, том 105, № 6, Июнь 2008, С. 608−613
- Е.К.Белоногов, А. А. Донцов, В. М. Иевлев, С. Б. Кущев, А. А. Максименко Градиентная структура пленок твердого раствора палладий медь// Мат. конф. V Всерос. конф.
- Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах" «ФАГРАН-2010», Воронеж 3−8 окт.2010г., т.1, С. 271−274.
- V.M. Ievlev, Е. К. Belonogov Interphase Boundary Structure in Ag-Al Thin-Film Couples Proceeding of the 7th Inter. Conf. on Vacuum Metallurgy, Tokyo. 1982. p.424−431
- Е.К. Белоногов Структура межфазных границ в пленках Al-Ag, Al-Cu, А1-№//Мат. I Всесоюзная конференция «Структура и свойства границ зерен», Уфа, 1983, с.66
- В.М. Иевлев Е. К. Белоногов Структура двухслойных эпитаксиальных пленок Ag-Al //ФММ, 1983, т.56,в.2,с.322−326
- В.М. Иевлев, Е. К. Белоногов Фазовый состав и субструктура пленок Al-Cu, сконденсированных в вакууме на поверхности (111) и (100) кремния// В сб. Новые материалы электронной техники. Воронеж, 1983, с. 55−60
- В.М. Иевлев, Е. К. Белоногов Фазовый состав и текстура пленок сплава Al-Cu //Мат. IV Всесоюзная конференция по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах. Горький, 1983, с. 199−200
- Г. Гримшер, У. Боллмаш, Д. Уоррингтон /Решетки совпадающих узлов и полные решетки наложений в кубических кристаллах// Атомная структура межзеренных границ. Под ред. А. П. Орлова, изд. «Мир», М., 1978, с. 25 54.
- Иевлев В.М., Сербии О. В., Кущев С. Б., Санин В. Н., Исаенко А. П., Белоногов Е. К. /Фазовые, структурные и морфологические превращения в пленочных гетероструктур W-С при импульсной фотонной обработке //Перспективные материалы. 2008. № 3. С. 5−14.
- ГЛАВА 2. Синтез, субструктура и ориентация пленок СигЭе и CuInSe2.
- ТИ компонентов из независимых источников и конденсация в вакууме
- Рис. 1. Электронограмма и ПЭМ изображение эпитаксиальной пленки СигЭе толщиной 70 нм, синтезированной на поверхности (100) NaCl- ТИ при Тп=680К.
- Рис. 2 ПЭМ изображения субструктуры (а, в) и фрагменты ДБЭ (а, б) СЛБ-пленки толщиной 100 нм, синтезированной одновременной конденсацией Си-1п-8е на фторфлогопите при Тп=670К.1. ЮОнм i-1у 422ГЦК 112ГЦТ220 ГЦК. 220,204 ГЦТ
- Наличие незаполненных поверхностных слоев (упаковки типа ABC- -АВСА или ABC- -АВСА) свидетельствует о том, что конденсация завершается формированием кубической фазы у свободной поверхности, а тетрагональная фаза оказывается в объеме пленки.
- Образование двухфазной градиентной CIS структуры вызвано градиентом концентрации компонентов в направлении свободной поверхности пленки. ГЦТ и ГЦК фазы имеют широкие концентрационно-температурные области гомогенности.
- Рис. 3 Электронограмма (а) и микроструктура (б) CIS-пленки толщиной 100 нм, синтезированной вакуумным отжигом пленок Cu-In-Se, сконденсированных при комнатной температуре на поверхность (001) кристалла NaCl.
- Кристаллиты пленки CIS наряду с произвольной ориентацией имеют хорошо выраженную двухосную текстуру:112., 110. CIS II (110), [001] Mo (6).
- Взаимная ориентация кристаллических решеток CIS и фторфлогопита отвечает соотношению (4). По мере увеличения толщины пленки возрастает степень совершенства текстуры.
- Рис. 4 Электронограмма (а) и микроструктура (б) CIS-пленки, синтезированной последовательной конденсацией слоев Cu-Se и In-Se на эпитаксиальный слой Мо при Тп=670К.
- Рис. 5. Микроструктура (а) CIS-пленки толщиной 90 нм, синтезированной на (001) NaCl при Тп=620К, общая электронограмма (б), индексация узлов обратной решетки (в) и дифракция с выделенного участка пленки (г).
- Для пленки CIS характерна мозаичная субструктура, образованная субзернами размером 200 — ЗООнм, в пределах которых встречаются дефекты в форме тонких и протяженных в направлении <100> пластин 22−24.
- На рис. 6 представлены электронограммы и микрофотографии структуры пленок CIS синтезированных последовательной конденсацией слоев Cu-Se и In-Se на полированных поверхностях (111) и (112) каменной соли.
- Рис. 6 Электронограммы (а, в) и ПЭМ изображения (б, г) CIS-пленок толщиной 100 нм, синтезированных последовательной конденсацией слоев Cu-Se и In-Se при Тп=670К на полированные поверхности (111) (а, б) и (112) кристалла NaCl (в, г).
- Субструктура пленок на фтофлогопите аналогична структуре пленок, выращенных на полированных поверхностях каменной соли. Характерная особенность субструктуры таких пленок высокая плотность дислокаций ростового происхождения.
- Рис. 7 Электронограмма (а) и микроструктура (б) CIS-пленки толщиной 100 нм, синтезированной последовательной конденсацией слоев Cu-Se и In-Se на фторфлогопите при Тп=670К.
- Рис, 8. Схема формирования дефектов в ГЦТ решетке CIS.
- Для определения условий погасания отдельных дифракционных максимумов были посчитаны значения структурного фактора для тетрагональной решетки CIS (халькопирит) и упорядоченного твердого раствора (тип CuAu).
- Было получено, что для тетрагональной решетки халькопирита: F220 = 4(fCu+fln> + Sfse
- FlOO = F004 = 4(fcu+fln) 8fse
- F no F002 = 0- Fwi=2(fcu-fjn)-а для кубической решетки: F220 = 2(fCu+fin) + 4fSe
- F200 = 2(fCu+fln) 4fse F110 = F001 = 2(fcu-fin)>где feu, fin, fse амплитуды атомного рассеяния.
- Рис. 9 АСМ сканы и фрагменты ДБЭ на отражение от пленок Cu2Se толщиной 2 (а) и 5 мкм (б), синтезированных на поверхности NaCl при ТП=410С.
- На рисунке 9 приведены АСМ сканы и фрагменты картин ДБЭ на отражение от пленок Ci^Se, толщиной 2 и 5 мкм, сконденсированных на поверхность (001) кристалла NaCl, методом совместного термического испарения при Тп=680К.
- Ориентационное соотношение между кристаллической решеткой пленки и подложкой, как и для тонких пленок: (111)110. Cu2Se II (001)[010] Ф.
- Рис. 10 ACM скаиы, фрагмент ДБЭ на отражение от пленок Cu2Se толщиной 0.5 (а, б), 2 (в) и 5 мкм (г), синтезированных на поверхности фторфлогопита (а-в) и окисленного кремния (г) при ТП=730К.
- Рис. 11 ACM скаиы свободной поверхности пленок CuInSe2 толщиной 1.0 (а, в) и 4 мкм (б, г), синтезированных конденсацией паров In Se на монокристаллические пленки Cu2Se ориентации 001 (а, б) и 111 (в, г) при ТП=750К.
- На рисунке 12 приведены ПЭМ изображение пленки CuInSe2 толщиной 100 нм и ДБЭ на отражение от пленки толщиной 2 мкм, синтезированных конденсацией паров In -Se на монокристаллические пленки Cu2Se ориентации 111.•+ * * • •• •