О формировании метастабильной фазы Ag2Si в пленке Ag-Si, полученной ионно-лучевым распылением

Авторы

  • Константин Александрович Барков ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Виталий Владимирович Бабаков ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Геннадий Павлович Потуданский ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Сергей Александрович Ивков ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Ярослав Анатольевич Пешков ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Иван Васильевич Польшин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Евгений Сергеевич Керсновский ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Сельби Юсуповна Хыдырова ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)», 2-я Бауманская ул., д.5, стр.1, Москва 105005, Российская Федерация
  • Константин Михайлович Моисеев ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)», 2-я Бауманская ул., д.5, стр.1, Москва 105005, Российская Федерация
  • Игорь Евгеньевич Занин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Александра Константиновна Пелагина ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Никита Сергеевич Буйлов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Van Tu Tran University of Medicine and Pharmacy at Ho Chi Minh city, 217 Hong Bang Street, Wars 11, District 5, HCMC, Viet Nam
  • Александр Евгеньевич Никонов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация
  • Александр Викторович Ситников ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация

DOI:

https://doi.org/10.17308/kcmf.2026.28/13555

Ключевые слова:

метастабильные фазы на основе Ag-Si, AgSi3, Ag2Si, Ag3Si, силициды серебра, ионно-лучевое распыление, ультрамягкая рентгеновская эмиссионная спектроскопия (УМРЭС), плотность электронных состояний (ПЭС)

Аннотация

Цель статьи: Нанокомпозитные пленки на основе соединения Ag-Si находят применение во многих областях науки и технологий. Однако процесс их изготовления может сопровождаться образованием силицидов и метастабильных фаз. В связи с чем возникает задача развития методов их идентификации. В данной работе мы попытались решить эту задачу с применением методов рентгеновской дифракции, ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии и теоретических расчетов плотности электронных состояний для пленки Ag55Si45, полученной методом ионно-лучевого распыления составной мишени.

 Экспериментальная часть: В результате комплексных исследований выявлена наногранулированная структура пленки со средним размером частиц серебра ~15 нм, разделенных матрицей на основе фаз аморфного кремния a-Si, SiO2 и субоксида SiO1.3, а также фазы силицида серебра. Сравнение экспериментального рентгеновского эмис- сионного Si L2.3-спектра пленки Ag55Si45 с теоретически рассчитанными спектрами фаз AgSi3, Ag2Si и Ag3Si показы- вает наилучшее согласие со спектром фазы Ag2Si. Более того, фаза Ag2Si была обнаружена в работах других авторов.

Выводы: Таким образом, на основе данных рентгеновской дифракции, рентгеновской эмиссионной спектроскопии, а также теоретических расчетов плотности электронных состояний, установлено, что в пленке Ag55Si45, полученной ионно-лучевым распылением формируется метастабильная фаза Ag2Si

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Биографии авторов

  • Константин Александрович Барков, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    к. ф.-м. н., заведующий лабораторией кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Виталий Владимирович Бабаков, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    студент кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Геннадий Павлович Потуданский, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    ведущий аналитик данных, АО «РТ Лабс» (Воронеж, Российская Федерация)

  • Сергей Александрович Ивков, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    к. ф.-м. н., ведущий электроник кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Ярослав Анатольевич Пешков, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    к. ф.-м. н., н. с. кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Иван Васильевич Польшин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    студент кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Евгений Сергеевич Керсновский, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    студент кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Сельби Юсуповна Хыдырова, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)», 2-я Бауманская ул., д.5, стр.1, Москва 105005, Российская Федерация

    аспирант кафедры электронные технологии в машиностроении, Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Москва, Российская Федерация)

  • Константин Михайлович Моисеев, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)», 2-я Бауманская ул., д.5, стр.1, Москва 105005, Российская Федерация

    доцент кафедры электронные технологии в машиностроении, Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Москва, Российская Федерация)

  • Игорь Евгеньевич Занин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    к. ф.-м. н., доцент кафедры общей физики, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Александра Константиновна Пелагина, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    инженер- физик Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Никита Сергеевич Буйлов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    к. ф.-м. н., доцент кафедры физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет; инженер 1 категории, АО «НИИЭТ» (Воронеж, Российская Федерация)

  • Van Tu Tran, University of Medicine and Pharmacy at Ho Chi Minh city, 217 Hong Bang Street, Wars 11, District 5, HCMC, Viet Nam

    Lecturer, Faculty of Fundamental Sciences, Department of Physics, University of Medicine and Pharmacy at Ho Chi Minh city (Ho Chi Minh city, Viet Nam)

  • Александр Евгеньевич Никонов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация

    к. ф.-м. н., инженер исследователь кафедры твердотельной электроники, Воронежский государственный технический университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Александр Викторович Ситников, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация

    д. ф.-м. н., профессор кафедры твердотельной электроники, Воронежский государственный технический университет (Воронеж, Российская Федерация)

Библиографические ссылки

1. Yang Z. W., Meng L. Y., Lin J. S., … Li J. F. 3D hotspots platform for plasmon enhanced Raman and second harmonic generation spectroscopies and quantitative analysis. Advanced Optical Materials. 2019;7: 3–8. https://doi.org/10.1002/adom.201901010

2. Ermina A. A., Solodovchenko N. S., Levitskii V. S., … Zharova Y. A. Plasmonic disordered array of hemispherical AgNPs on SiO2@c-Si: their optical and SERS properties. Materials Science in Semiconductor Processing. 2024;169: 107861. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107861

3. Dzhagan V., Mazur N., Kapush O., … Yukhymchuk V. Self-organized SERS substrates with efficient analyte enrichment in the hot sSpots. ACS Omega. 2024;9(4): 4819–4830. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c08393

4. Kukushkin V. I., Van’kov A. B., Kukushkin I. V. Relationship between the giant enhancement of the Raman scattering and luminescence on nanostructured metallic surfaces. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. 2013;98(6): 342–347. https://doi.org/10.1134/S0021364013190089

5. Ghosh R., Ghosh J., Das R., … Giri P. K. Multifunctional Ag nanoparticle decorated Si nanowires for sensing, photocatalysis and light emission applications. Journal of Colloid and Interface Science. 2018;532: 464-473. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.07.123

6. Poletaeva D. A., Khakina E. A., Kukushkin V. I., … Kotelnikov A. I. Application of SERS spectroscopy for detection of water-soluble fullerene C60 derivatives and their covalent conjugates with dyes. Doklady Physical Chemistry. 2015;460(1): 1–5. https://doi.org/10.1134/S0012501615010017

7. Morawiec S., Mendes M. J., Priolo F., Crupi I. Plasmonic nanostructures for light trapping in thin-film olar cells. Materials Science in Semiconductor Processing. 2019;92: 10–18. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2018.04.035

8. Atwater H. A., Polman A. Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature Materials. 2010;9: 205–213. https://doi.org/10.1038/nmat2629

9. Polat D. B., Eryilmaz L., Keles O. Generation of AgSi film by magnetron sputtering for use as anodes in lithium ion batteries. ECS Meeting Abstracts. 2015;MA2015-01: 514–514. https://doi.org/10.1149/ma2015-01/2/514

10. Liu B., Xu G., Jin C., … Zhou L. The Si/Ag2Si/Ag particles with the enhanced mechanical contact as anode material for lithium ion batteries. Materials Letters. 2020; 280: 128536. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128536

11. Li R., Yang H., Zhang Y., … Huang P. Physical mechanisms and enhancement of endurance degradation of SiOx:Ag-based volatile memristors. 2023 Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW). 2023;40: 117–118. https://doi.org/10.23919/SNW57900.2023.10183918

12. Ding X., Huang P., Zhao Y., Feng Y., Liu L. Understanding of the volatile and nonvolatile switching in Ag-based memristors. IEEE Transactions on Electron Devices. 2022; 69: 1034–1040. https://doi.org/10.1109/TED.2022.3144373

13. Dias C., Lv H., Picos R., …Ventura J. Bipolar resistive switching in Si/Ag nanostructures. Applied Surface Science. 2017; 424: 122–126. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.140

14. Sarkar D. K., Cloutier F., El Khakani M. A. Electrical switching in sol-gel derived Ag-SiO2 nanocomposite thin films. Journal of Applied Physics. 2005;97: 2–7. https://doi.org/10.1063/1.1870112

15. Jo S. H., Kim K. H., Chang T., Gaba S., Lu W. Si memristive devices applied to memory and neuromorphic circuits. In: Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, May 2010, IEEE; 2010. p. 13–16. https://doi.org/10.1109/iscas.2010.5537135

16. Huang C. Size-dependent behavior and challenges in Ag/Al2O3/Au memristors: an investigation into miniaturization effect. Mechanical Engineering and Materials Science Independent Study. 2023. https://doi.org/10.7936/r37p-cf73

17. Xu W., Wang J., Yan X. Advances in memristor-based neural networks. Frontiers in Nanotechnology. 2021;3: 645995. https://doi.org/10.3389/fnano.2021.645995

18. Zhang B., Kutalek P., Knotek P., … Wagner T. Investigation of the resistive switching in AgxAsS2 layer by conductive AFM. Applied Surface Science. 2016;382: 336–340. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.152

19. Jeong W. H., Han J. H., Choi B. J. Effect of Ag concentration dispersed in HfOx thin films on threshold switching. Nanoscale Research Letters. 2020;15(1): 27 https://doi.org/10.1186/s11671-020-3258-6

20. Yoo J., Woo J., Song J., Hwang H. Threshold switching behavior of Ag-Si based selector device and hydrogen doping effect on its characteristics. AIP Advances. 2015;5(12): 127221. https://doi.org/10.1063/1.4938548

21. Ilyas N., Wang J., Li C., … Li W. Controllable resistive switching of STO: Ag/SiO2-based memristor synapse for neuromorphic computing. Journal of Materials Science & Technology. 2022;97: 254–263. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.04.071

22. Cha J. H., Yang S. Y., Oh J., … Choi S. Y. Conductivebridging random-access memories for emerging neuromorphic computing. Nanoscale. 2020;12: 14339–14368. https://doi.org/10.1039/d0nr01671c

23. Sokolov A. S., Abbas H., Abbas Y., Choi C. Towards engineering in memristors for emerging memory and neuromorphic computing: a review. Journal of Semiconductors. 2021;42(1): 013101. https://doi.org/10.1088/1674-4926/42/1/013101

24. Raeis-Hosseini N., Lim S., Hwang H., Rho J. Reliable Ge2Sb2Te5-integrated high-density nanoscale conductive bridge random access memory using facile nitrogen-doping strategy. Advanced Electronic materials. 2018;4(11). https://doi.org/10.1002/aelm.201800360

25. Olesinski R. W., Gokhale A. B., Abbaschian G. J. The Ag-Si (Silver-Silicon) system. Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 1989;10(6): 635–640. https://doi.org/10.1007/BF02877631

26. Anantharaman T. R., Luo H. L., Element W. Formation of new intermetallic phases in binary eutectic systems by drastic undercooling of the melt. Nature. 1966;210.(5040): 1040–1041. https://doi.org/10.1038/2101040a0

27. Terekhov V. A., Domashevskaya E. P., Kurganskii S. I., … Agapov B. L. Formation of the Al3Si metastable phase in Al-Si films obtained by ion-beam sputtering according to experimental and theoretical data. Thin Solid Films. 2023;772: 139816. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2023.139816

28. Suryanarayana C. A new metastable phase in the silver-silicon system. Journal of the Less Common Metals. 1974;35(2): 347–352. https://doi.org/10.1016/0022-5088(74)90248-3

29. Lee W. S., Chen T. H., Lin C. F., Wu C. L. Microstructural evolution of nanoindented Ag/Si thin-film under different annealing temperatures. Materials Transactions. 2011;52(10): 1868–1875. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2011160

30. Liu B., Xu G., Jin C., … Zhou L. The Si/Ag2Si/Ag particles with the enhanced mechanical contact as anode material for lithium ion batteries. Materials Letters. 2020; 280: 128536. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128536

31. Materials Explorer Database. Data retrieved from the Materials explorer for AgSi3 (mp-978524) database: version 2025.06.09. Available at: https://next-gen.materialsproject.org/materials/mp-978524

32. Materials Explorer Database. Data retrieved from the Materials Explorer for Ag3Si (mp-1219243) database: version 2025.06.09. Available at: https://next-gen.materialsproject. org/materials/mp-1219243?material_ids=mp-1219243

33. Nakayama K. S., Nishijima M., Zhang Y., … Suganuma K. Metastable phases of Ag–Si: amorphous Si and Ag-nodule mediated bonding. Scientific Reports. 2024;14(1): 1–9. https://doi.org/10.1038/s41598-024-70298-6

34. Cassidy C., Singh V., Grammatikopoulos P., … Sowwan M. Inoculation of silicon nanoparticles with silver atoms. Scientific Reports. 2013;3: 1–7 https://doi.org/10.1038/srep03083

35. Barkov K. A., Terekhov V. A., Nesterov D. N., … Sitnikov A. V. Formation of silver nanocrystals in Ag-Si composite films obtained by ion beam sputtering. Condensed Matter and Interphases. 2024;26(3), 407–416. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12215

36. Zimkina T. M., Fomichev V. A. Ultrasoft X-ray spectroscopy. . Leningrad University Pub. House; 1971. 125 p.

37. Zimmermann P., Peredkov S., Abdala P. M., … van Bokhoven J. A. Modern X-ray spectroscopy: XAS and XES in the laboratory. Coordination Chemistry Reviews. 2020;423: 213466. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213466

38. Terekhov V. A., Kashkarov V. M., Manukovskii E. Yu., Schukarev A. V., Domashevskaya E. P. Determination of the phase composition of surface layers of porous silicon by ultrasoft X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy techniques. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 2001;114–116: 895–900. https://doi.org/10.1016/S0368-2048(00)00393-5

39. Blaha P., Schwarz K., Tran F., … Marks L. D. WIEN2k: An APW+lo program for calculating the properties of solids. The Journal of Chemical Physics. 2020;152(7): 074101. https://doi.org/10.1063/1.5143061

40. Momma K., Izumi F. VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data. Applied Crystallography. 2011;44(6): 1272–1276. https://doi.org/10.1107/S0021889811038970

41. SpringerMaterials: The Landolt-Börnstein Database. Data retrieved from the SpringerMaterials for structural data № 0450926 database: version 2025. Available at: https://materials.springer.com/isp/crystallographic/docs/sd_0450926

42. Langford J. I., Wilson A. J. C. Scherrer after sixty years: a survey and some new results in the determination of crystallite size. Journal of Applied Crystallography. 1978;11: 102–113. https://doi.org/10.1107/S0021889878012844

43. Hassanzadeh-Tabrizi S. A. Precise calculation of crystallite size of nanomaterials: a review. Journal of Alloys and Compounds. 2023:968: 171914. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171914

44. Kurganskii S. I., Pereslavtseva N. S. Electronic structure of FeSi2. Physics of the Solid State. 2002;44(4): 704–708. https://doi.org/10.1134/1.1470562

45. Kurganskii S. I., Pereslavtseva N. S. Electronic structure of сobalt disilicide film. Physics of the Solid State. 2000;42(8): 1542–1547. https://doi.org/10.1134/1.1307068

46. Pereslavtseva N. S, Kurganskii S. I. Electronic structure and spectral properties of nickel disilicide films. Physics of the Solid State. 1999;41(11): 1906–1910. https://doi.org/10.1134/1.1131124

47. Sarkar D. K., Dhara S., Nair K. G. M., Chowdhury S. Studies of phase formation and chemical states of the ion beam mixed Ag/Si (1 1 1) system. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2000;168(2): 215–220. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(99)00876-9

48. Weijs P. J. W., Van Leuken H., De Groot R. A., … Buschow K. H. J. X-ray-emission studies of chemical bonding in transition-metal silicides. Physical Review B. 1991;44(15): 8195. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.44.8195

Загрузки

Опубликован

2026-04-01

Выпуск

Том 28 № 1 (2026)

Раздел

Оригинальные статьи

Лицензия

Copyright (c) 2026 Конденсированные среды и межфазные границы

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

О формировании метастабильной фазы Ag2Si в пленке Ag-Si, полученной ионно-лучевым распылением. (2026). Конденсированные среды и межфазные границы, 28(1), 15-27. https://doi.org/10.17308/kcmf.2026.28/13555

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

<< < 1 2