О ВОЗМОЖНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ Al3Si В КОМПОЗИТНЫХ ПЛЕНКАХ Al-Si, ПОЛУЧЕННЫХ ИОННО-ЛУЧЕВЫМ И МАГНЕТРОННЫМ НАПЫЛЕНИЕМ

V. A. Terekhov; D. S. Usoltseva; O. V. Serbin; I. E. Zanin; T. V. Kulikova; D. N. Nesterov; K. A. Barkov; A. V. Sitnikov; S. K. Lazaruk; E. P. Domashevskaya

doi:10.17308/kcmf.2018.20/485

Авторы

V. A. Terekhov Терехов Владимир Андреевич - д. ф.-м. н., профессор, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет; тел.: +7(473) 2208363, e-mail: ftt@phys.vsu.ru
D. S. Usoltseva Усольцева Дарья Сергеевна - аспирант, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет; тел.: +7(473) 2208363, e-mail: ftt@phys.vsu.ru
O. V. Serbin Сербин Олег Викторович - к. ф.-м. н., доцент кафедры материаловедения и индустрии наносистем, Воронежский государственный университет; тел.: +7(473) 2208797, e-mail: deanery@chem.vsu.ru
I. E. Zanin Занин Игорь Евгеньевич - к. ф.-м. н., доцент кафедры общей физики, Воронежский государственный университет, тел.: +7 (473) 2208281, e-mail: kof134@phys.vsu.ru
T. V. Kulikova Куликова Татьяна Валентиновна - аспирант, кафедра физики полупроводников и микроэлектроники, Воронежский государственный университет, тел.: +7(473)2208755, e-mail: deanery@phys.vsu.ru
D. N. Nesterov Нестеров Дмитрий Николаевич - м. н. с. кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет; тел.: +7(473) 2208363, e-mail: ftt@phys.vsu.ru
K. A. Barkov Барков Константин Александрович - магистр, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет; тел.: +7(473) 2208363, e-mail: ftt@phys.vsu.ru
A. V. Sitnikov Ситников Александр Викторович - д. ф.-м. н., доцент кафедры физики твердого тела, Воронежский государственный технический университет; тел.: +7(473) 2466647, e-mail: kalinin48@mail.ru
S. K. Lazaruk Лазарук Сергей Константинович - д. ф.-м. н., профессор, научно-исследовательская часть Учреждения образования "Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники"; тел.: +(375) 172938869, e-mail: serg@nano.bsuir.edu.by
E. P. Domashevskaya Домашевская Эвелина Павловна - д. ф.-м. н., профессор, зав. кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет; тел.: +7(473) 2208363, e-mail: ftt@phys.vsu.ru

DOI:

https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/485

Ключевые слова:

рентгенофазовый анализ, ультрамягкая рентгеновская эмиссионная спектроскопия, композитные пленки, метастабильная фаза, магнетронное и ионно-лучевое напыление, импульсный фотонный отжиг

Аннотация

Исследованы фазовый состав и электронное строение композитных пленок Al-Si вблизи состава Al_0.75Si_0.25на подложке Si(100), полученных магнетронным и ионно-лучевым напылением. При магнетронном напылении в поликристаллической Al матрице образуются нанокристаллы кремния размерами ~25 нм и упорядоченный твердый раствор Al₃Si кубической сингонии Рm3m с параметром примитивной ячейки a = 4.085 Å. Пленки, полученные ионно-лучевым напылением, однофазны и содержат только упорядоченный твердый раствор Al₃Si.

При этом образование фазы Al₃Si сопровождается изменением характера распределения плотности Al 3s-состояний. Вместо параболического характера роста плотности состояний в нижней и средней части валентной зоны (как в чистом металле) наблюдается почти линейный. Аналогичный эффект отмечается для Si 3s-состояний.

Кроме того, взаимодействие атомов Al и Si приводит к уменьшению плотности Al 3s-состояний вблизи уровня Ферми в результате перехода части электронов на более электроотрицательные атомы кремния.

Селективное вытравливание алюминия в случае магнетронной пленки приводит к формированию нанопористой губчатой структуры, а для ионно-лучевой пленки селективное травление не приводит к появлению развитой морфологии, что подтверждает ее однофазность.

Последующий импульсный фотонный отжиг (ИФО) ионно-лучевых пленок дозами 145-216 Дж/см²приводит к частичному распаду фазы Al₃Si с формированием металлического алюминия и нанокристаллов кремния с размерами 50-100 нм в зависимости от дозы ИФО. Последующее травление образца, подвергнутого ИФО, ведет к получению развитой нанопористой структуры.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания ВУЗам в сфере научной деятельности на 2017-2019 годы. Проект № 3.6263.2017/ВУ.