Введение к работе
Актуальность темы. Среди различных недостаточно полно исследованных и не до конца понятых вопросов физики границ зерен можно выделить два, составляющие область интересов кафедры физической химии института стали и сплавов и одно из направлений ведущихся на ней исследований. Первый-это вопрос о размерном эффекте диффузии, т. е. о зависимости параметров объемной и зернограничной диффузии от размера зерна. Второй-о связи между зернограничной сегрегацией и зернограничной диффузией.
Помимо научного интереса оба вопроса имеют практическое значение: -размерный эффект, главным образом, для технологии микроэлектроники и других материаловедческих технологии, в которых характерный размер изделия сравним с размером зерна; а сегрегационный -в связи с широким применением микролегирующих добавок, сильно сегрегирующих на границах зерен и влияющих на зернограничігую диффузию, и как следствие, на эксплуатационные свойства и стабильность материалов.
Следует отметить, что сегрегационный эффект должен наиболее сильно проявляться в системах с малой растворимостью, поэтому для исследования была выбрана система Cu-Sb. Максимальная растворимость сурьмы в меди достигает 6.1 ат.%. Медь представляет собой перспективный материал для тонкопленочной металлизации. В этой свя-и, а также в связи с тем, что размер зерна в тонких металлических пленках, как правило, не превышает толщины пленки, в качестве объекта исследования были выбраны тонкие медные пленки на кремниевой подложке. В качестве объекта сравнения параметров .зернограничной диффузии были выбраны бикристаллы меди с аттестованной границей зерен. Это позволило, помимо сравнения, получить данные об ориентационной зависимости параметров зернограничной диффузии So в Си, представляющие самостоятельный интерес.
Цель и задачи исследования: Таким образом цели настоящего исследования сводились к экспериментальному изучению зернограничной диффузии Sb в тонких пленках и бикристаллах меди, получению ориентационной зависимости последней, сравнению полученных данных и анализу ориентационной зависимости.
Для достижения этих целей необходимо было решить следующие задачи:
I. получить двуслойные тонкопленочные образны Cu/Sb на кремниевой подложке;
-
вырастить бикристаллы Си с аттестованной границей зерен и нанести на них Sb;
-
выбрать режимы и провести диффузионные отжиги;
4.-выбрать оптимальные методы и получить концентрационные профили Sb в тонких пленках и бикристаллах Си;
5. выбрать адекватные методы и рассчитать параметры объемной л . зернограничной диффузии (коэффициент диффузии мли тройное произведение-коэффициента диффузии на коэффициент обогащения и на ширину границы зерна - в границах зерен, энергию активации процесса и предэкспоненциальный множитель); в бикристаллах - в, зависимости от угла разориентировки зерен.
Основные результаты, выносимые на зашиту: 1. Температурная зависимость параметров объемной и зернограничной диффузии в тонких (200 нм) пленках системы Cu-Sb; 2. Температурная и ориенташюнная зависимость параметров диффузии сурьмы в бикристаллах меди; 3. Результаты анализа ориентационной зависимости параметров зернограничной диффузии Sb в бикристаллах меди и сравнения параметров объемной и зернограничной диффузии в тонкопленочной системе Cu/Sb с массивными образцами.
Научная новизна. Следующие результаты являются новыми в научном отношении:
-
численные значения параметров диффузии в тонких пленках системы Cu-Sb;
-
численные значения параметров зернограничной диффузии сурьмы в бикристаллах меди в зависимости от угла разориентировки;
-
увеличение тройного произведения и уменьшение энергии активации в специальной границе.
Практическая значимость работы
Данные о диффузии различных, в том числе - малорастворимых, примесей в тонких металлических пленках важны для микроэлектроники, поскольку от численных значений параметров диффузии зависят стабильность металлизации и эксплуатационные свойства изделий, характерный размер которых соизмерим с размером зерен в них.
Закономерности взаимодействия границ зерен с диффундирующими но ним примесями имеют значение для свойств массивных изделий.
Комплекс методик выращивания бнкрисгаллов, ' получения концентрационных профилей, расчета параметров диффузии может быть
использован как в научных исследованиях, так ив обучении (специальные курсы и специальные практикумы) студентов специальностей 0708 и 0709.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на Международном семинаре СОКИРНЕ-95 "Актуальные вопросы диффузии, фазовых и структурных превращений" (Сокирне, Украина, 1995 год).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, -3 глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет /02. страниц, рисунков Z9 , таблиц // список литературы включает /^наименование.