Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні

Досліджено механізм формування нанорельєфу ніклю на поверхні Si(111) при термічному випаровуванні його у вакуумі. Картину нанорельєфу поверхні після нанесення було досліджено на кожній стадії трансформації. Встановлено, що наноутворення мають близьку до сферичної форму і утворюють кластери, які скла...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:	2016
Main Authors:	Артемюк, В.А., Карбівська, Л.І., Клюєнко, Л.П., Карбівський, В.Л.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2016
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129940
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні / В.А. Артемюк, Л.І. Карбівська, Л.П. Клюєнко, В.Л. Карбівський // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 3. — С. 375-385. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-129940
record_format	dspace
spelling	Артемюк, В.А. Карбівська, Л.І. Клюєнко, Л.П. Карбівський, В.Л. 2018-02-02T13:38:18Z 2018-02-02T13:38:18Z 2016 Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні / В.А. Артемюк, Л.І. Карбівська, Л.П. Клюєнко, В.Л. Карбівський // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 3. — С. 375-385. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1816-5230 PACS: 68.37.Ef, 68.35.B-, 68.35.Ct, 68.55.jd, 81.15.Ef, 81.16.Dn, 81.16.Rf https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129940 Досліджено механізм формування нанорельєфу ніклю на поверхні Si(111) при термічному випаровуванні його у вакуумі. Картину нанорельєфу поверхні після нанесення було досліджено на кожній стадії трансформації. Встановлено, що наноутворення мають близьку до сферичної форму і утворюють кластери, які складаються приблизно з 5–10 наночастинок ніклю. Одержані в роботі моношарові структури ніклю задовільно описуються в рамках моделю електронного вирощування. Встановлено параметри субшерсткости Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio для трансформованих поверхонь та їхні залежності від технологічних параметрів нанесення. Показано, що має місце зростання розміру кластерів при загальному збереженні тенденції зростання максимальної ріжниці між виступами та западинами по десятьох точках для двох останніх нанесень, оскільки при напорошенні протягом 1 с має місце тільки часткове осадження ніклю на монокристал кремнію. Встановлено сильну взаємодію моношарових покриттів Ni з підложжям. Після значного прогріву поверхні спостерігається майже повна десорбція ніклю та утворення незначної кількости проміжної фази NiSi₂. Исследован механизм формирования нанорельефа никеля на поверхности Si(111) при термическом испарении его в вакууме. Картина нанорельефа поверхности после нанесения была исследована на каждой стадии трансформации. Установлено, что нанообразования имеют близкую к сферической форму и образуют кластеры, состоящие примерно из 5–10 наночастиц никеля. Полученные в работе монослойные структуры никеля удовлетворительно описываются в рамках модели электронного выращивания. Установлены параметры субшероховатости Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio для трансформированных поверхностей и их зависимости от технологических параметров нанесения. Показано, что имеет место рост размера кластеров при общем сохранении тенденции роста максимальной разницы между выступами и впадинами по десяти точкам для двух последних нанесений, поскольку при напылении в течение 1 с имеет место только частичное осаждение никеля на монокристалл кремния. Установлено сильное взаимодействие монослойных покрытий Ni с подложкой. После значительного прогрева поверхности наблюдается почти полная десорбция никеля и образование незначительного количества промежуточной фазы NiSi₂. The formation mechanism of nanorelief of nickel at Si(111) during thermal evaporation in a vacuum is investigated. Several stages of nanorelief transformation during deposition are revealed. As found, the nanoassemblies have a shape similar to spherical one and form clusters consisting of approximately 5–10 nickel nanoparticles. Obtained monolayer nickel structures can be described within the framework of the electronic growth model. For studied surfaces, the roughness parameters, Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio, are established as their dependences on deposition parameters (1, 3, 5 seconds of deposition time, annealing temperature). In contrast to 1 s deposition, when a deposition of nickel submonolayer at Si(111) surface occurs, for 3 s and 5 s, it is shown an increase in the overall size of clusters maintaining the growth trends in the maximum difference between cavities and surface asperities. Rather strong interaction of nickel monolayer with substrate is established. After surface annealing, at considerable high temperature, the nickel desorption and the formation of a small amount of intermediate phase of NiSi₂ are observed. uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні
spellingShingle	Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні Артемюк, В.А. Карбівська, Л.І. Клюєнко, Л.П. Карбівський, В.Л.
title_short	Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні
title_full	Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні
title_fullStr	Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні
title_full_unstemmed	Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні
title_sort	синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок ni при їх термічному одержанні
author	Артемюк, В.А. Карбівська, Л.І. Клюєнко, Л.П. Карбівський, В.Л.
author_facet	Артемюк, В.А. Карбівська, Л.І. Клюєнко, Л.П. Карбівський, В.Л.
publishDate	2016
language	Ukrainian
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format	Article
description	Досліджено механізм формування нанорельєфу ніклю на поверхні Si(111) при термічному випаровуванні його у вакуумі. Картину нанорельєфу поверхні після нанесення було досліджено на кожній стадії трансформації. Встановлено, що наноутворення мають близьку до сферичної форму і утворюють кластери, які складаються приблизно з 5–10 наночастинок ніклю. Одержані в роботі моношарові структури ніклю задовільно описуються в рамках моделю електронного вирощування. Встановлено параметри субшерсткости Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio для трансформованих поверхонь та їхні залежності від технологічних параметрів нанесення. Показано, що має місце зростання розміру кластерів при загальному збереженні тенденції зростання максимальної ріжниці між виступами та западинами по десятьох точках для двох останніх нанесень, оскільки при напорошенні протягом 1 с має місце тільки часткове осадження ніклю на монокристал кремнію. Встановлено сильну взаємодію моношарових покриттів Ni з підложжям. Після значного прогріву поверхні спостерігається майже повна десорбція ніклю та утворення незначної кількости проміжної фази NiSi₂. Исследован механизм формирования нанорельефа никеля на поверхности Si(111) при термическом испарении его в вакууме. Картина нанорельефа поверхности после нанесения была исследована на каждой стадии трансформации. Установлено, что нанообразования имеют близкую к сферической форму и образуют кластеры, состоящие примерно из 5–10 наночастиц никеля. Полученные в работе монослойные структуры никеля удовлетворительно описываются в рамках модели электронного выращивания. Установлены параметры субшероховатости Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio для трансформированных поверхностей и их зависимости от технологических параметров нанесения. Показано, что имеет место рост размера кластеров при общем сохранении тенденции роста максимальной разницы между выступами и впадинами по десяти точкам для двух последних нанесений, поскольку при напылении в течение 1 с имеет место только частичное осаждение никеля на монокристалл кремния. Установлено сильное взаимодействие монослойных покрытий Ni с подложкой. После значительного прогрева поверхности наблюдается почти полная десорбция никеля и образование незначительного количества промежуточной фазы NiSi₂. The formation mechanism of nanorelief of nickel at Si(111) during thermal evaporation in a vacuum is investigated. Several stages of nanorelief transformation during deposition are revealed. As found, the nanoassemblies have a shape similar to spherical one and form clusters consisting of approximately 5–10 nickel nanoparticles. Obtained monolayer nickel structures can be described within the framework of the electronic growth model. For studied surfaces, the roughness parameters, Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio, are established as their dependences on deposition parameters (1, 3, 5 seconds of deposition time, annealing temperature). In contrast to 1 s deposition, when a deposition of nickel submonolayer at Si(111) surface occurs, for 3 s and 5 s, it is shown an increase in the overall size of clusters maintaining the growth trends in the maximum difference between cavities and surface asperities. Rather strong interaction of nickel monolayer with substrate is established. After surface annealing, at considerable high temperature, the nickel desorption and the formation of a small amount of intermediate phase of NiSi₂ are observed.
issn	1816-5230
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129940
citation_txt	Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні / В.А. Артемюк, Л.І. Карбівська, Л.П. Клюєнко, В.Л. Карбівський // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 3. — С. 375-385. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT artemûkva sintezatavlastivostímonotabagatošarovihplívoknipriíhtermíčnomuoderžanní AT karbívsʹkalí sintezatavlastivostímonotabagatošarovihplívoknipriíhtermíčnomuoderžanní AT klûênkolp sintezatavlastivostímonotabagatošarovihplívoknipriíhtermíčnomuoderžanní AT karbívsʹkiivl sintezatavlastivostímonotabagatošarovihplívoknipriíhtermíčnomuoderžanní
first_indexed	2025-11-26T01:39:34Z
last_indexed	2025-11-26T01:39:34Z
_version_	1850603277306036224
fulltext	375 PACS numbers: 68.37.Ef, 68.35.B-, 68.35.Ct, 68.55.jd, 81.15.Ef, 81.16.Dn, 81.16.Rf Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні В. А. Артемюк, Л. І. Карбівська, Л. П. Клюєнко, В. Л. Карбівський Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України бульв. Акад. Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна Досліджено механізм формування нанорельєфу ніклю на поверхні Si(111) при термічному випаровуванні його у вакуумі. Картину наноре- льєфу поверхні після нанесення було досліджено на кожній стадії тра- нсформації. Встановлено, що наноутворення мають близьку до сферич- ної форму і утворюють кластери, які складаються приблизно з 5–10 наночастинок ніклю. Одержані в роботі моношарові структури ніклю задовільно описуються в рамках моделю електронного вирощування. Встановлено параметри субшерсткости Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio для транс- формованих поверхонь та їхні залежності від технологічних параметрів нанесення. Показано, що має місце зростання розміру кластерів при загальному збереженні тенденції зростання максимальної ріжниці між виступами та западинами по десятьох точках для двох останніх нане- сень, оскільки при напорошенні протягом 1 с має місце тільки частко- ве осадження ніклю на монокристал кремнію. Встановлено сильну вза- ємодію моношарових покриттів Ni з підложжям. Після значного про- гріву поверхні спостерігається майже повна десорбція ніклю та утво- рення незначної кількости проміжної фази NiSi2. The formation mechanism of nanorelief of nickel at Si(111) during ther- mal evaporation in a vacuum is investigated. Several stages of nanorelief transformation during deposition are revealed. As found, the nanoassem- blies have a shape similar to spherical one and form clusters consisting of approximately 5–10 nickel nanoparticles. Obtained monolayer nickel structures can be described within the framework of the electronic growth model. For studied surfaces, the roughness parameters, Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio, are established as their dependences on deposition parameters (1, 3, 5 seconds of deposition time, annealing temperature). In contrast to 1 s deposition, when a deposition of nickel submonolayer at Si(111) surface occurs, for 3 s and 5 s, it is shown an increase in the overall size of clus- ters maintaining the growth trends in the maximum difference between cavities and surface asperities. Rather strong interaction of nickel mono- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii 2016, т. 14, № 3, сс. 375–385  2016 ІÌÔ (Інститут металофізики ім. Ã. В. Курдюмова ÍАÍ Óкраїни) Íадруковано в Óкраїні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 376 В. А. АРТЕÌЮК, Л. І. КАРБІВСЬКА, Л. П. КЛЮЄÍКО, В. Л. КАРБІВСЬКИЙ layer with substrate is established. After surface annealing, at considera- ble high temperature, the nickel desorption and the formation of a small amount of intermediate phase of NiSi2 are observed. Исследован механизм формирования нанорельефа никеля на поверхно- сти Si(111) при термическом испарении его в вакууме. Картина нано- рельефа поверхности после нанесения была исследована на каждой ста- дии трансформации. Óстановлено, что нанообразования имеют близкую к сферической форму и образуют кластеры, состоящие примерно из 5– 10 наночастиц никеля. Полученные в работе монослойные структуры никеля удовлетворительно описываются в рамках модели электронного выращивания. Óстановлены параметры субшероховатости Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio для трансформированных поверхностей и их зависимости от технологических параметров нанесения. Показано, что имеет место рост размера кластеров при общем сохранении тенденции роста макси- мальной разницы между выступами и впадинами по десяти точкам для двух последних нанесений, поскольку при напылении в течение 1 с имеет место только частичное осаждение никеля на монокристалл кремния. Óстановлено сильное взаимодействие монослойных покрытий Ni с подложкой. После значительного прогрева поверхности наблюда- ется почти полная десорбция никеля и образование незначительного количества промежуточной фазы NiSi2. Ключові слова: моношари металів, нанорельєф поверхні, термічне на- порошення, нікель, наношерсткість. Keywords: metal monolayers, surface nanorelief, thermal deposition, nick- el, nanoroughness. Ключевые слова: монослои металлов, нанорельеф поверхности, терми- ческое напыление, никель, наношероховатость. (Отримано 27 вересня 2016 р.) 1. ВСТУП Ìеханізми росту тонких плівок металів на різноманітних підк- ладках описуються трьома основними типами росту — двовимір- на (2D) метода або пошаровий ріст (метод Ôранка–Ван дер Ìер- ве); пошаровий ріст з подальшим ростом острівців (3D-метода Странського–Крастанова), 3D-ріст острівців (метода Ôольмера– Вебера) [1]. Зазначені механізми росту можуть бути реалізовани- ми в залежності від термодинамічних параметрів процесу нане- сення. Окрім цих механізмів можуть бути реалізовані й інші. Зокрема, в тонких плівках електрони квантуються вздовж нор- малі до поверхні. При цьому частина електронів може розсіюва- тися на межі між плівкою та підложжям. Внаслідок цього є за- лежність величини електронної енергії від товщини плівки, що СИÍТЕЗА ТА ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Ni ПРИ ЇХ ТЕРÌІЧÍОÌÓ ОДЕРЖАÍÍІ 377 обумовлена електростатичним потенціялом, який формується по- двійним шаром з розсіяних електронів на роздільчій межі та ос- циляціями електронів вздовж напрямку нормалі до поверхні. Ві- дношення між цими величинами визначає критичну товщину плівки. В такому моделі електронного росту плівка прагне до по- верхневого вирівнювання та набуває атомарно пласку морфоло- гію [2]. Ó зв’язку з цим, синтеза та експериментальне дослідження на- ноструктур ніклю на поверхні Si(111), їх аґломерація та утворен- ня конґломератів відкривають нові можливості в розумінні впли- ву розмірного ефекту на властивості таких структур та їх пода- льшого практичного застосування. 2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА Підготовка монокристалічних поверхонь проводилася за стандар- тною методою. Через кремнійову пластину Si(111) розміром 710,3 мм3 протягом 24 годин пропускали струм у 0,2 А, що відповідало нагріву зразка близько 250C. Після цього пластину нагрівали до 1200C струмом у 3,5 А впродовж 30 секунд. Після охолодження до кімнатної температури одержували атомово чис- ту поверхню Si(111) 77. Íанесення Ni чистотою 99,9% на поверхню монокристалу кремнію Si(111) проводилося методою термічного напорошення. Кювета з вольфрамового дроту, яка містила навіску ніклю, зна- ходилася на відстані близько 7 см від поверхні пластини. Струм через спіраль з вольфраму був у 5 А (1450C) впродовж всього часу нанесення. Температура під час нанесення контролювалася за допомогою оптичного пірометра. Були одержані зразки через 1, 3 і 5 секунд нанесення. З метою вивчення властивостей плівок частина з них була відпалена при температурі 1200C протягом 30 с. Íанесення металу на кремнійові пластини проводилося без на- гріву або охолодження пластини. Робочий вакуум протягом всьо- го експерименту підтримувався на рівні не менше, ніж 2.0·10 7 Па. Ìорфологічні особливості поверхні наноструктур досліджува- лися на тунельному мікроскопі JSPM-4500/4610 (JEOL) в режимі сталого струму. 3. ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ Однією з важливих характеристик для аналізи поверхнево нане- сених наноструктур є субшерсткість, яка відноситься до наногео- 378 В. А. АРТЕÌЮК, Л. І. КАРБІВСЬКА, Л. П. КЛЮЄÍКО, В. Л. КАРБІВСЬКИЙ метрії покриття і визначає його важливі експлуатаційні власти- вості, зокрема, зносостійкість, міцність, хемічну стійкість та ін- ші властивості. Субшерсткість визначається за допомогою преци- зійних метод та засобів дослідження, таких як сканувальна зон- дова мікроскопія з атомовою роздільчою здатністю. Природа су- бшерсткости визначається внутрішньою структурою твердого ті- ла, її дефектами та процесами взаємодії поверхні з навколишнім середовищем. В результаті збільшення часу напорошення пара- метри початкової субшерсткости можуть змінюватися внаслідок релаксаційних процесів в структурі, що супроводжується проце- сами росту та трансформації кластерів. При цьому відбувається сеґреґація елементів до поверхні, змінюючи електронну структу- ру та властивості поверхні. Термін субшерсткість вживають для дуже гладких поверхонь, шерсткість яких відноситься до нанометрового масштабу. Вона описує найтонші деталі реальної поверхні. Вивчення субшерстко- сти дає нове розуміння теорії тертя, змащування і зношування [3]. Íа СТÌ-зображеннях поверхні Si(111) після осідання Ni про- тягом 1, 3 та 5 с спостерігаються наночастинки, які не мають кристалічної огранки (рис. 1, а, б, в). Ìасиви цих частинок ха- рактеризуються широким розкидом за геометричними розмірами при різних стадіях нанесення. Висота поверхневого профілю не перевищує 0,3 нм, а латеральний розмір кластерів менше 3 нм (профілі 1 а, б та в). Така форма є характерною для рідких кра- пель металу, які сплющуються при зіткненні з підложжям [4]. Íа рисунку 1, а, б та в можна побачити, що наночастинки неод- норідно розподілені по поверхні підложжя і утворюють окремі скупчення. Íа поверхні Si(111) спостерігаються горби і запади- ни, характерні для деформованих поверхонь шаруватих криста- лів. Деформаційні процеси, що спостерігаються при осадженні ме- талів перехідної групи на цю поверхню [5], пов’язані з перебігом хімічних реакцій [6] і з руйнуванням верхніх шарів Si(111) [7]. Після першого напорошення протягом 1 с були одержані знім- ки, на яких можемо спостерігати поодиноке часткове осадження наночастинок ніклю на поверхню Si(111). Двовимірні кластери на поверхні монокристалу (рис. 2), які, як видно з профілю (рис. 1, а), складалися з 2–3 моношарів ніклю, оскільки перепад висот був близьким до 0,8 нм. Íаноутворення на поверхні кремнію мають хаотичне розташування та характеризуються розміром від 1,71 до 2,01 нм і висотою біля 0,11 нм (профіль рис. 2). Осадження ніклю при таких самих технологічних режимах протягом 3 с приводило до формування кластерів, що складалися з 4–5 моношарів металу (рис. 3). Ландшафт поверхні характери- СИÍТЕЗА ТА ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Ni ПРИ ЇХ ТЕРÌІЧÍОÌÓ ОДЕРЖАÍÍІ 379 зувався нерівностями до 0,3 нм, що свідчило про майже рівномі- рне нанесення наночастинок ніклю на поверхню. Як видно з ри- сунка всі частинки мали близьку до сферичної форму і утворю- вали кластери, що складаються приблизно з 5–10 наночастинок. Поздовжні розміри частинок знаходилися в межах від 2,01 до 2,32 нм та мали висоту близько 0,17 нм (профіль — на рис. 3). В межах кластерів наночастинки мали однакову орієнтацію. Кластери з наночастинок були в цілому випадковим чином орі- єнтовані на поверхні; при цьому вони мали приблизно однаковий розмір. Заповнення всієї поверхні кластерами уможливлює зро- бити висновок, що перколяційний ефект настає вже після друго- Рис. 1. СТÌ-зображення: а) 1 с, б) 3 с, в) 5 с напорошення Ni на повер- хню Si(111).1 380 В. А. АРТЕÌЮК, Л. І. КАРБІВСЬКА, Л. П. КЛЮЄÍКО, В. Л. КАРБІВСЬКИЙ го напорошення, на відміну від випадку з нанесенням срібла на Si(111), при якому даний ефект не спостерігається [8]. Після тре- тього етапу нанесення (рис. 4) спостерігається збільшення висоти поверхневих профілів майже в два рази у порівнянні з першим нанесенням до 0,27 нм. При цьому поздовжні та поперечні розміри залишилися прак- тично без істотних змін до 2,01 нм (профіль рис. 4). Товщина по- верхнево нанесених наноструктур була близькою до 5–7 моноша- рів металу. Для кількісної оцінки субшерсткости були використані такі параметри як Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio — середнє арифметичне абсо- лютних значень відхилів профілю в межах базової довжини, се- редньоквадратичне значення відхилів профілю в межах базової довжини, сума середніх абсолютних значень висот п’ятьох найбі- льших виступів профілю і глибин п’ятьох найбільших западин профілю в межах базової довжини, ріжниця між виступами і за- падинами по десятьох точках, співвідношення площ аналізованої области в випадку ідеально рівної поверхні до повної площі пове- рхні области, що аналізується [9]. Виходячи з наведених знімків (рис. 1 та табл.), можна ствер- Рис. 2. Íаноструктури Ni при напорошенні 1 с на поверхню Si(111).2 Рис. 3. Íаноструктури Ni при напорошенні 3 с на поверхню Si(111).3 СИÍТЕЗА ТА ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Ni ПРИ ЇХ ТЕРÌІЧÍОÌÓ ОДЕРЖАÍÍІ 381 джувати, що в інтервалі напорошення від 2–7 моношарів (ÌШ) металу спостерігається монотонне збільшення параметра Rz — максимальної ріжниці між виступами та западинами по десятьох точках. При цьому майже не змінюються параметри Ra — серед- нє арифметичне абсолютних відхилень та Rq — середнє квадра- тичне значення відхилень профілю за винятком области 4–5 ÌШ, що відповідає трьом секундам нанесення при якому спосте- рігається перколяційний ефект, що також підтверджують знімки на рис. 1 і 2. Очевидно, що має місце істотне зростання розміру кластерів при загальному збереженні тенденції зростання параметра Rz для останніх двох нанесень, оскільки при першому напорошенні спо- стерігалося тільки часткове осадження наночастинок ніклю на поверхню Si(111). Авторами роботи [10] було теоретично показано, що при нане- сенні приблизно 15 ÌШ ніклю на підложжя Si(111) найбільш ймовірніше одержати проміжну фазу NiSi2 при температурі від- палу у 476C. Підвищення температури до 576C приводить до формування острівців NiSi2 на поверхні монокристалу кремнію. Крім того, в даному інтервалі температур спостерігалося змен- шення кількости дефектів, таких як межі домен, та кількости сходинок. Для дослідження зазначеного явища нами було проведено на- грів першого зразка, що відповідає 2–3 ÌШ ніклю, до темпера- Рис. 4. Íаноструктури Ni при напорошенні 5 с на поверхню Si(111).4 ТАБЛИЦЯ. Зміна параметрів субшерсткости від часу нанесення Ni на підложжя Si(111).5 t, с Ra, нм Rq, нм Rzjis, нм Rz, нм Sratio 1 0,044 0,061 0,494 0,529 1,01 3 0,035 0,045 0,334 0,442 1,00 5 0,058 0,075 0,632 0,749 1,01 382 В. А. АРТЕÌЮК, Л. І. КАРБІВСЬКА, Л. П. КЛЮЄÍКО, В. Л. КАРБІВСЬКИЙ тури 1150C продовж декількох хвилин та його подальше охоло- дження до кімнатної температури. Були одержані тунельні знім- ки морфології поверхні (рис. 5, а). Температурне навантаження привело до десорбції ніклю та ча- сткового відновлення поверхні Si(111), як видно з рис. 5. Íасту- пним етапом було одержання морфології поверхні при зміні зна- ку напруги до 2 В тієї ж области. Íа двох знімках (рис. 5) мо- жемо бачити реконструйовану поверхню кремнію, на якій спо- стерігаються скупчення наночастинок приблизно однакової фор- ми та розміру. Таке розташування є енергетично вигідним, адже при нагріванні поверхні кремнію відбувається рух дислокацій та площин. Отже, наноострівці могли сформуватися на дефектах внаслідок переміщення площин. Оскільки при даному відпалі не спостері- галася повністю реконструйована поверхня кремнію, можна зро- бити висновок, що взаємодія моношарових покриттів Ni з під- Рис. 6. Íаноутворення ніклю на поверхні Si(111) при T1150C.6 Рис. 5. СТÌ-зображення наноострівців Ni на поверхні монокристалу Si(111) після відпалу (при T1550C), які одержані при напрузі: а) 2 В; б) 2 В.7 СИÍТЕЗА ТА ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Ni ПРИ ЇХ ТЕРÌІЧÍОÌÓ ОДЕРЖАÍÍІ 383 ложжям є досить значною. Íаноутворення на поверхні кремнію мали досить невеликий розкид за розмірами та висотою (рис. 6). Довжина складала бли- зько 1,21 нм, а висота наночастинок — 0,12 нм (рис. 6, профіль 1), що відповідає розміру і висотам частинок, які були одержані при нанесенні ніклю на монокристал кремнію продовж 1 с. Швидше за все, під час першого напорошення морфологія по- верхні складалася з наночастинок ніклю, які були хаотично роз- поділені на поверхні (характерно для рідких крапель металу), що сплющуються при зіткненні з підложжям. Після нагріву зразка до 1150C та його подальшого охоло- дження до кімнатної температури частинки ніклю сформувалися в острівці за рахунок температурного дрейфу площин монокрис- талу та, скоріше за все, як було описано вище, утворилася про- міжна фаза NiSi2. В цілому утворення силіцидів перехідних металів на монокри- сталічних поверхнях є важливою проблемою для мікроелектро- ніки. Серед багатьох цікавих технологічних властивостей можна відзначити їх важливість у зв’язку з утворенням роздільчої межі фаз кремній–силіцид у контакті Шотткі [11]. 4. ВИСНОВКИ Досліджено механізм формування нанорельєфу ніклю на поверх- ні кремнію (площина (111)) при термічному випаровуванні у ва- куумі. При одержанні картини нанорельєфу поверхні, після на- несення, кожну стадію трансформації було зафіксовано. Під час першого циклу напорошення нікель утворює острівці висотою близько 0,11 нм, тобто спостерігається часткове осадження мета- лу на поверхню Si(111). Після збільшення часу нанесення до трьох секунд спостерігається перколяційний ефект; при цьому наночастинки ніклю повністю покривають кремнійове підложжя, що відповідає 4–5 ÌШ ніклю. Встановлено, що наноутворення мають близьку до сферичної форму і утворюють кластери, які складаються приблизно з 5–10 наночастинок ніклю. Дана форма є характерною для рідких кра- пель металу, що сплющуються при зіткненні з підложжям. При збільшенні часу напорошення до 5 с спостерігається збільшення висоти наночастинок майже в два рази; при цьому поздовжні та поперечні розміри залишилися майже без істотних змін. Одер- жані в роботі моношарові структури ніклю задовільно описують- ся в рамках моделю електронного вирощування. Встановлено параметри субшерсткости Ra, Rq, Rzjis, Rz, Sratio для трансформованих поверхонь та їх залежності від технологічних параметрів нанесення. Показано, що має місце зростання розміру 384 В. А. АРТЕÌЮК, Л. І. КАРБІВСЬКА, Л. П. КЛЮЄÍКО, В. Л. КАРБІВСЬКИЙ кластерів при загальному збереженні тенденції зростання макси- мальної ріжниці між виступами та западинами по десятьох точ- ках для двох останніх нанесень, адже при напорошенні протягом 1 с має місце часткове осадження ніклю на монокристал крем- нію. Встановлено сильну взаємодію моношарових покриттів Ni з підложжям. Після значного прогріву поверхні спостерігається часткова десорбція ніклю. Одержані наноструктури після темпе- ратурного навантаження утворюють проміжну фазу NiSi2. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА–REFERENCES 1. H. Liu, Y. F. Zhang, D. Y. Wang, M. H. Pan, J. F. Jia, and Q. K. Xue, Surf. Sci., 571, Nos. 1–3: 5 (2004). 2. Z. Y. Zhang, Q. Niu, and C. K. Shih, Phys. Rev. Lett., 80, No. 24: 5381 (1998). 3. M. I. Petrokovets, N. K. Myshkin, and S. A. Chizhik, J. Frict. Wear, 18, No. 2: 7 (1997). 4. M. V. Gorohov, V. M. Kozhevin, D. A. Javsin, and S. A. Gurevich, Zh. Tekhn. Fiz., 78: 46 (2008) (in Russian); Ì. В. Ãорохов, В. Ì. Кожевин, Д. А. Явсин, С. А. Ãуревич, ЖТФ, 78: 46 (2008). 5. A. P. Bakhtinov, V. N. Vodopyanov, Z. D. Kovalyuk, V. V. Netyaga, and O. S. Litvin, Fiz. Tekhn. Polupr., 44, No. 2: 180 (2010) (in Russain); А. П. Бахтинов, В. Í. Водопьянов, З. Д. Ковалюк, В. В. Íетяга, О. С. Литвин, ФТП, 44, No. 2: 180 (2010). 6. I. T. McGovern, J. F. McGifp, G. L. Hughes, A. McKinley, R. H. Williams, and D. Norman, Vacuum, 33, Nos. 10–12: 607 (1983). 7. M. Eddrief, Y. Wang, V. H. Etgens, D. H. Mosca, J.-L. Maurice, J. M. Jeorge, A. Fert, and S. Bourgognou, Phys. Rev. B, 63, No. 2: 944281 (2001). 8. V. L. Karbivskyy, L. I. Karbivska, and V. A. Artemyuk, Nanoscale Res. Lett., 11, No. 69: 1 (2016). 9. V. Kh. Kasiyanenko, V. L. Karbivskyy, V. A. Artemyuk, L. I. Karbovska, S. S. Smolyak, L. P. Klyuenko, A. I. Sobolev, V. E. Lozovyy, Yu. A. Luk’yanenko, and V. K. Nosenko, Nanosistemi, Nanomaterіali, Nanotehnologii, 13, No. 2: 337 (2015) (in Russian); В. Х. Касияненко, В. Л. Карбовский, В. А. Артемюк, Л. И. Карбовская, С. С. Смоляк, Л. П. Клюенко, А. И. Соболев, В. Е. Лозовой, Ю. А. Лукьяненко, В. К. Íосенко, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 13, вип. 2: 337 (2015). 10. R. Schad, F. Jentzsch, and M. Henzler, J. Vac. Sci. Technol. B, 10: 1177 (1992). 11. W. R. Lambrecht, N. E. Christensen, and P. Blochl, Phys. Rev. B, 36, No. 5: 2493 (1987). G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, N.A.S. of Ukraine, 36, Academician Vernadsky Blvd., 03142 Kyiv, Ukraine СИÍТЕЗА ТА ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК Ni ПРИ ЇХ ТЕРÌІЧÍОÌÓ ОДЕРЖАÍÍІ 385 1 Fig. 1. STM image after: a) 1 s, б) 3 s, в) 5 s deposition of Ni on Si(111) surface. 2 Fig. 2. Ni nanostructures after 1 s deposition on Si(111) surface. 3 Fig. 3. Ni nanostructures after 5 s deposition on Si(111) surface. 4 Fig. 4. Ni nanostructures after 5 s deposition on Si(111) surface. 5 TABLE. Changes of subroughness parameters depending on time deposition of Ni on Si(111) substrate. 6 Fig. 6. Ni nanoassemblies on Si(111) surface after annealing (T1150C). 7 Fig. 5. STM image of Ni nanoislands on Si(111) surface after annealing (T1550C) ac- quired at bias а) 2 V or б) 2 V.

Синтеза та властивості моно- та багатошарових плівок Ni при їх термічному одержанні

Institution

Similar Items