, ,
Московский инженерно–физический институт (государственный университет)
Исследование двухфазных металлических пленок, осажденных в плазме при повышенной температуре
Ионная и плазменная бомбардировка при повышенных температурах, приводит к серьёзной модификации состава и структуры двухкомпонентных металлических структур. В этой связи, представляет интерес исследование характера влияния ионного и плазменного воздействия на формирование двухкомпонентных слоёв, осаждаемых из атомарных потоков на подложки при повышенных температурах.
В работе изучалось влияние соотношения напыляемых компонент, времени осаждения, материала и температуры подложек на формирование двухфазных металлических пленок, осаждаемых в плазме. В качестве напыляемых компонентов были выбраны медь и железо.
Формирование покрытий происходило в плазме несамостоятельного газового разряда с накальным катодом. Поток частиц Cu и Fe, осаждавшихся на подложку, формировался благодаря распылению ионами плазмы мишеней из соответствующих металлов. Энергия распыляющих ионов достигала 1 кэВ. В качестве подложек использовались: нержавеющая сталь, молибден, полированный кварц с напыленным слоем молибдена. Температура подложки во время формирования слоя могла меняться от 300 до 800° С. Полученные металлические пленки анализировались в сканирующем электронном микроскопе РЭМ-101, элементный состав образующегося покрытия определялся методом рентгеновской фотоэлектронной спектрометрии.
Выполненные эксперименты позволили установить закономерности формирования и эволюции пленок в зависимости от температуры подложки, соотношения концентраций напыляемых компонентов и дозы напыленного материала. Установлено что напыляемый двухфазный слой (Cu-Fe с преобладанием меди) проходит следующие стадии развития общие для всех условий напыления.
1. Однородный аморфный слой.
2. Образование зародышей легкоплавкой фазы (Cu) размером 150 нм.
3. Появление группы быстрорастущих зародышей и превращение их в глобулы размером 700–1500 нм.
4. Возникновение следующего поколения зародышей на поверхности глобул.
В тоже время имеется ряд характерных особенностей для различных подложек и условий осаждения слоя.
На молибденовой подложке и на плавленом кварце образование медных зародышей в слое состава Cu95%–Fe5% происходит при напылении пленки со средней толщиной 40-80 нм, причем в зародыши собирается практически вся осажденная медь. По-видимому, мелкие железные зародыши формируются в пространстве между ними.
В слое аналогичного состава на подложке из нержавеющей стали формирование зародышей начинается раньше. Весь напыленный материал оказывается в зародышах еще до достижения слоем толщины 40 нм. При увеличении концентрации железа до 20% рост зародышей тормозится, и даже в слое толщиной 80нм только около 50% материала собирается в зародыши.
В дальнейшем на всех видах подложек общее число зародышей уменьшается одновременно с быстрым ростом примерно 25% из них, в частности, за счет поглощения соседних зародышей. Быстрорастущие зародыши превращаются в глобулы, которые при толщине слоя нм достигают размеров 1-1.5 мкм и покрывают уже всю поверхность подложки. В слое развиваются напряжения, превышающие предел текучести, релаксация которых происходит, в частности, за счет роста вискеров. Следующее поколение зародышей, зарождающееся на поверхности глобул, имеет примерно те же размеры, что и их первое поколение. Следует отметить, что чем выше концентрация железа, тем раньше появляется следующее поколение зародышей и тем меньше средний размер глобул. Увеличение температуры, наоборот, приводит к росту среднего размера глобул и более позднему образованию второго поколения зародышей, а также к понижению уровня напряжений и прекращению вискерообразования (при 800° С).
Список литературы
1. Naguib H. M., Kelly R.// Rad. Eff. 25(1975)1.
2. Shikata M., Shimizu R.// Surf. Sci., 97(1980)L363.
3. , // Известия РАН, Т. 56(6)(1992)30.
4. Begrambekov L. B., Zakharov A. M.// Nucl. Instr. And Meth. B90(1994)477.
5. Salje G. and Feller-Kniepmeier M.// J. Appl. Phys. 48(1977)1833.
