WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 4 10;11;12 Особенности перераспределения кобальта по поверхности пленок неоднородных сплавов кобальт–медь © А.И. Стогний, С.В. Корякин, Н.Н. Новицкий Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Белоруссии, 220072 Минск, Белоруссия e-mail: stognij@ifttp.bas-net.by (Поступило в Редакцию 13 сентября 2001 г. В окончательной редакции 15 марта 2002 г.) Приведены результаты сравнительного анализа поверхности электролитически осажденных пленок CoxCu100-x (x = 8, 11 и 20 at%) толщиной до 1 µm и пленок толщиной до 0.2 µm, полученных осаждением продуктов распыления мишеней, составленных из электроосажденных пленок соответствующего состава, пучком ионов аргона. Использованы методы атомно-силовой микроскопии, растровой электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Данные последней свидетельствуют об отсутствии кобальта на поверхности электроосажденных пленок, о его наличии в объеме и на поверхности пленок, полученных ионным распылением, о менее существенных расхождениях в линиях фотоэлектронных спектров меди у пленок одного состава, полученных разными способами. Для объяснения полученных результатов предложена качественная модель, согласно которой процессы слияния субзерен основной медной компоненты в крупные образования с последующим приобретением ими на свободной поверхности вида островков правильной овальной формы способствуют миграции атомов кобальта со свободной поверхности в область приповерхностных пор. Наличие определенной доли высокоэнергетических частиц в потоке продуктов распыления мишеней и бомбардировка ими фронта поверхности роста пленок, полученных ионным распылением, сопровождается внедрением наиболее быстрых распыленных атомов кобальта в медную матрицу в виде точечных дефектов.

Введение примере ультратонких пленок кобальта на поверхности более толстых пленок меди в случае мультислойных Вопросам упорядочения на поверхности однородных структур [6], или на примере ультратонких пленок сплавов металлов уделяется в научной литературе кобальта на монокристаллической поверхности меди [7].

существенное внимание ввиду большой практической Предлагаемая работа посвящена анализу состояния позначимости свойств самих сплавов и фундаменталь- верхности и приповерхностной области тонких пленок ной важности процессов, протекающих при упорядокобальт–медь и является продолжением [8,9]. На основе чении [1–4]. Так, в [1,2] показано, что в однородных сравнительного анализа состояния поверхностей пленок, сплавах металлов, где один из компонентов является полученных в равновесных условиях электроосаждения, химически более активным, наблюдается формирование и пленок, полученных в существенно неравновесных развитой пористой поверхностной структуры из более условиях ионного распыления электроосажденных плеинертного компонента в результате перераспределения нок как мишеней, сделана попытка дать объяснение этого компонента по поверхности после удаления химиособенностям процесса упорядочения кобальта на почески активной составляющей, например, селективным верхности.

растворением в электролите. К сожалению, в этих работах отсутствуют данные анализа состава формируемой пористой структуры. В работах [3,4] рассматрива- Экспериментальная методика ются особенности процесса сплавления, протекающего в условиях высокого вакуума при осаждении хрома на Пленки CoxCu100-x (6 x 35) толщиной до 1 µm поверхность железа и, наоборот, при осаждении железа осаждались из электролита, состав которого вместе на поверхность хрома. Показано, что перераспределение с методикой осаждения были взяты из [10]. Аналогичэлементов в области интерфейса после осаждения игра- но [10] состав пленок изменялся варьированием конет существенную роль при формировании многослойных центрации сульфата кобальта в электролите при поструктур железо–хром в целом и их магнитных свойств стоянстве остальных условий. Далее часть электроосав частности. жденных пленок (ЭОП) одного состава использовалась Тонкие пленки неоднородных магнитных сплавов в качестве мишеней для ионного распыления. Ионное кобальт–медь также являются объектом интенсивных распыление проводилось на установке, описанной в [11].

научных исследований [5], однако анализ состава их Пучок ионов аргона имел энергию 1 keV и плотность поверхности представлен в гораздо меньшем объеме. тока пучка ионов 0.25 mA / cm2. Предельный вакуум Здесь большее внимание уделяется вопросам структур- составлял не хуже 10-4 Pa, а рабочий вакуум — не ного упорядочения, которое рассматривается или на хуже 2 · 10-2 Pa. В результате сбора продуктов распы118 А.И. Стогний, С.В. Корякин, Н.Н. Новицкий ления получались пленки толщиной около 0.2 µm, далее по тексту они называются ионно-лучевыми пленками (ИЛП). Подложки размером 20 20 mm для осаждения ЭОП и ИЛП изготавливались из одного листа прокатанной фольги меди толщиной 50 µm. Непосредственно перед осаждением поверхность подложек травилась в 5%-ном растворе соляной кислоты и производилась последовательная очистка их поверхности вначале пучком ионов кислорода, а потом пучком ионов аргона.

В обоих режимах очистки задавались плотность тока пучка ионов 0.2 mA / cm2 и их энергия 400 eV. Оптический микроскоп „NU-2“ (Германия) с увеличением до шестисот крат применялся для визуального осмотра образцов. Сканирующий электронный микроскоп „Nanolab7“ с дополнительным энергодисперсным анализатором „System 810-500“ (Англия) использовался для анализа состояния поверхности (РЭМ изображение) и для определения объемного состава пленок (электроннозондовый микроанализ). Атомно-силовой микроскоп (АСМ) „Фемтоскан-001“ (МГУ, Россия) с кремниевым кантиливером („Park Scientific“, США), работающий в контактном режиме, применялся для получения АСМ изображений поверхности. Анализ поверхностного слоя толщиной до 5 nm проводился методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Магниевый катод (линия MgK, энергия фотонов 1253.6 eV) служил источником рентгеновского излучения в РФЭС спектрометре. Калибровка шкалы энергии связи производилась Рис. 1. РЭМ изображения поверхностей электроосажденных относительно линии C(1s), дополнительно регистриропленок Co6Cu94 (a) и Co8Cu92 (b).

вались линии O(1s), Co(2p) и Cu(2p). Поверхность образцов площадью 5 5 mm предварительно подвергалась ионной очистке пучком ионов аргона энергией 500 eV и током пучка ионов 10 µA источника ионов поверхность с характерным металлическим блеском.

спектрометра в течение 5 min. Более длительная очистка На рис. 1, b показано характерное РЭМ изображение поверхности производилась при проведении анализа участка поверхности ЭОП с содержанием кобальта приповерхностного слоя.

x = 8 at%. РЭМ изображение позволяет выявить на фоне относительно сплошной поверхности, состоящей из равЭкспериментальные результаты номерно расположенных впадин и выступов, наличие лишь небольшого числа неоднородностей правильной Анализ поверхности рассматриваемого набора состаокруглой формы с гораздо меньшими размерами, чем вов ЭОП показал, что в качестве распыляемых мишеней размеры крупных неоднородностей на поверхности ЭОП могут быть использованы только пленки с содержанием с содержанием кобальта x < 8 at%. По мере увеличекобальта 8 x 20 at%. Так, поверхности пленок ния содержания кобальта от 8 до 35 at% поверхность с содержанием кобальта x < 8 at% не имели металлиЭОП принимает более глянцевый вид, оттенок цвета ческого блеска и представляли собой совокупность отповерхности изменяется от несколько красного до более дельных неоднородностей случайной формы. На рис. 1, a белого цвета, количество и размеры отдельных крупных показано РЭМ изображение характерного участка ЭОП поверхностных неоднородностей уменьшаются. Однако Co6Cu94. Видно, что поверхность не является сплошной, во время ионного распыления ЭОП с содержанием коа размеры крупных неоднородностей превышают 1 µm.

бальта x > 20 at% было зафиксировано растрескивание Отсутствие сплошной поверхности у ЭОП с содержаи вспучивание отдельных областей пленок вплоть до нием кобальта x < 8 at% не позволяет проводить адеотшелушивания от подложек, что обусловило появление кватный анализ состояния поверхности методами РФЭС неконтролируемого вклада от медной подложки в состав и АСМ. Кроме этого, отсутствие определенности в том, потока распыляемого материала. Поэтому пленки с сочто считать толщиной у этих пленок, не позволяет конкретизировать условия ионного распыления. ЭОП держанием кобальта 20 < x < 35 at% были исключены с содержанием кобальта x 8 at% имели сплошную из дальнейшего рассмотрения.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Особенности перераспределения кобальта по поверхности пленок неоднородных сплавов... Рис. 2. РФЭ спектры поверхностей электроосажденных пленок (линия Cu(2p) Co8Cu92 (a), Co11Cu89 (b), Co11Cu89 после дополнительной ионной очистки (c), Co20Cu80 (d), линия Co(2p) Co8Cu92 (e), Co11Cu89 (f), Co11Cu89 после дополнительной ионной очистки (g), Co20Cu80 (h)).

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 120 А.И. Стогний, С.В. Корякин, Н.Н. Новицкий Рис. 3. РФЭ спектры пленок, полученных ионно-лучевым распылением (линия Cu(2p) Co8Cu92 (a), Co11Cu89 (b), Co11Cu89 после дополнительной ионной очистки (c), Co20Cu80 (d), линия Co(2p) Co8Cu92 (e), Co11Cu89 (f), Co11Cu89 после дополнительной ионной очистки (g), Co20Cu80 (h)).

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Особенности перераспределения кобальта по поверхности пленок неоднородных сплавов... Линии Cu(2p) и Co(2p) РФЭ спектров поверхно- Cu(2p) поверхности Co6Cu94 (рис. 3, a) имеет, как стей ЭОП характерных составов Co8Cu92, Co11Cu89 и в случае ЭОП, меньшую интенсивность по сравнению и Co20Cu80 показаны на рис. 2. Состав сплавов опре- с линиями примерно одинаковой интенсивности Cu(2p) делялся методом электронно-зондового микроанализа.

поверхностей образцов Cu11Co89 (рис. 3, b) и Co20CuВидно, что линия Cu(2p) поверхности образца Co8Cu(рис. 3, d). Дополнительная ионная очистка поверхности является наименее интенсивной по сравнению с ли- практически не сказывалась на форме и интенсивности ниями Cu(2p) поверхности образцов других составов, линии Cu(2p) (рис. 3, c). Для образцов всех составов несмотря на то что объемная концентрация медной линии примесей углерода и кислорода имели максималькомпоненты у пленок Co8Cu92 наибольшая. Дополниную интенсивность на исходной поверхности и после тельная ионная очистка поверхностей в течение 10 min ионной очистки в течение нескольких минут их интенпривела к заметному увеличению интенсивности линии сивность в два-три раза снижалась, приобретая постоCu(2p) поверхности только для ЭОП состава Co11Cu89 янные значения. Последнее свидетельствовало в поль(рис. 2, c) и не вызывала заметных изменений формы зу того, что основная часть примесей органической спектров. Следовательно, между значениями содержания природы находится непосредственно на поверхности, меди в объеме и их поверхностными концентрациями их происхождение обусловлено в основном условиясуществуют различия. Однако относительный рост поми хранения. Меньшая часть примесей, которая имеет верхностной концентрации меди при уменьшении ее постоянную концентрацию по толщине, обусловлена содержания в объеме может в определенной степени вакуумными условиями ионного распыления и наличием быть обусловлен и относительным увеличением попримесей в мишенях. Характер поведения линии Cu(2p) верхностной плотности ЭОП. Это согласуется также РФЭ спектра в зависимости от объемного состава с выводами о росте степени гладкости и однородности пленок позволяет предположить, что, как и в случае поверхности по мере увеличения содержания кобальта ЭОП, большая поверхностная плотность медной ком в составе, сделанными на основе РЭМ изображений поненты наблюдается для образцов составов Co11Cuи визуальных наблюдений. Кроме того, интенсивность и Co20Cu80, а меньшая — Co8Cu94. Однако в отличие линий C(1s) и O(1s) исходной поверхности образца от случая ЭОП линии Co(2p) РФЭ спектра поверхности Co8Cu92 была максимальной по сравнению с другими ИЛП разрешаются для всех образцов рассматриваемых образцами и мало изменялась после ионной очистки составов (рис. 3, e–h). Интенсивность линии Co(2p) тем различной продолжительности, а у образцов Co11Cu89 больше, чем больше содержание кобальта в объемном и Co20Cu80 уменьшалась после ионной очистки до посоставе (рис. 3, e, f, h). РФЭ спектр кобальта слабо застоянного значения. Это также свидетельствует в пользу висит от длительности ионной очистки (рис. 3, g). Он относительно большей поверхностной плотности ЭОП имеет сложный вид для ИЛП всех составов и содержит с большим содержанием кобальта. Однородный характер ряд пиков, смещенных относительно значения энергии распределения кобальта по толщине, ранее установсвязи для металлического кобальта 778 eV в сторону ленный для ЭОП рассматриваемого набора составов больших значений, что свидетельствует о неоднородном в [8–10], вместе с предположением о статистическом характере окружения атомов кобальта в поверхностном характере распределения кобальта по поверхности позслое [12].

воляли допустить существование особенностей и в повеАСМ изображения характерных участков поверхности дении линии Co(2p) РФЭ спектра поверхности исследуподложки и пленок на примере ЭОП Co11Cu89 и ИЛП емых образцов, обусловленные особенностями поведеCo11Cu89 показаны на рис. 4. Видно, что текстура пония поверхностной концентрации компонентов по мере верхности подложки, обусловленная прокаткой меди при изменения объемной концентрации меди. Однако на изготовлении фольги (рис. 4, a) не проявляется на пополученных РФЭ спектрах линии Co(2p) поверхности верхности ЭОП (рис. 4, b). Поверхность ИЛП (рис. 4, c) не удалось разрешить как с изменением содержания является более однородной вдоль направления прокатки, кобальта в составе (рис. 2 e, g), так и после ионной чем поперек. Видно также, что даже относительно малой очистки различной длительности (рис. 2). Согласно этим толщины 0.2 µm ИЛП оказывается достаточно для данным, в поверхностном слое толщиной менее 5 nm сглаживания характерных неровностей рельефа поверхЭОП рассматриваемых составов кобальт отсутствует ности подложки от исходного значения около 30 nm до как на исходной поверхности, так и на поверхности, менее 10 nm. Поверхность ЭОП состоит из сравниподвергнутой ионной очистке.

тельно крупных островков, в основном с плавными форОбразцы ИЛП толщиной около 0.2 µm, согласно данмами и высотой в десятки нанометров, но с различными ным электронно-зондового микроанализа, имели тот же поперечными размерами. Между островками находятся состав, что и ЭОП, используемые в качестве мишеней.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.