О ВОЗМОЖНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ Al3Si В КОМПОЗИТНЫХ ПЛЕНКАХ Al-Si, ПОЛУЧЕННЫХ ИОННО-ЛУЧЕВЫМ И МАГНЕТРОННЫМ НАПЫЛЕНИЕМ
Аннотация
Исследованы фазовый состав и электронное строение композитных пленок Al-Si вблизи состава Al0.75Si0.25 на 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/см2 приводит 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.
Скачивания
Литература
2. Terekhov V. A., Lazaruk S. K., Usol’tseva D. S., et al. Phys. Solid State, 2014, vol. 56, no. 12, pp. 2543–2547. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063783414120336
3. Diagrammy sostoyaniya dvoinykh metallicheskikh sistem [Dual-Metal Systems State Diagrams]. / Ed. by N. P. Lyakishev. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1996, vol. 1, 992 p. (in Russ.)
4. JCPDS - International Centre for Diffraction Data. PCPDFWIN, vol. 22, card no. 41-1222.
5. Kushnareva A. K., Sally I. V. Inorganic Materials, 1970, vol. 6, p. 1867. (in Russ.)
6. Lazarouk S. K., Leshok A. A., Labunov V. A., Borisenko V. E. Semiconductors, 2005, vol. 39, no. 1, pp. 136–138. DOI: https://doi.org/10.1134/1.1852663
7. Kalinin Yu. E., Sitnikov A. V., Stognei O. V., et al. Mat. Scien. and Engin., 2001, vol. 941. p. 304.
8. Zimkina T. M., Fomichev V. A. Ul'tramyagkaya rentgenovskaya spektroskopiy [Ultrasoft X-ray Spectroscopy]. Leningrad, Leningrad State University Publ., 1971, 132 p. (in Russ.)
9. Shulakov A. S., Stepanov A. P. Physics, Chemistry and Mechanics of Surfaces, 1988, iss. 10, p. 146. (in Russ.)
10. Terekhov V. A. Trostyanskiy, S. N., Seleznev A. E., Domashevskaya E. P. Physics, Chemistry and Mechanics of Surfaces, 1988, iss. 5, p. 74. (in Russ.)
11. Nemoshkalenko V. B., Aleshin A. G. Teoreticheskie osnovy rentgenovskoi emissionnoi spektroskopii [Theoretical Foundations of X-ray Emission Spectroscopy]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1974, 376 p. (in Russ.)
12. 12. Zurakowskii E. A. Elektronnaya struktura tugoplavkikh soedinenii [Electronic Structure of Refractory Compounds]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1976, p. 274. (in Russ.)
13. Zurakowskii E. A., Frantsevich I. N. Rentgenovskie spektry i elektronnaya struktura silitsidov i germanidov[ X-ray Spectra and Electronic Structure of Silicides and Germanides]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1981, p. 141. (in Russ.)
14. Ievlev V. M., Maksimenko A. A., Kannykin S. V., et al. Doklady Physical Chemistry. 2014, vol. 457, p. 127. DOI: 10.1134/S0012501614080041
