Наноразмерная характеризация металлических магнетронных нанопленочных мультислоев из Cr, Cu, Al, Ni на ситалле


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-3-195-203

Полный текст:


Аннотация

Представлены результаты наноразмерных исследований (методами атомно−силовой микроскопии и рентгенодифракционного анализа) одно−, двух− и трехслойных металлических нанопленок из Cr, Cu, Al и Ni, сформированных на керамической подложке из ситалла на магнетронной установке МВУ ТМ−Магна Т (НИИТМ, г. Зеленоград). Определены скорости роста и структура нанопленок при мощностях/ токах, варьируемых от 200/0,7 до 800/2 Вт/А, и времени магнетронного распыления от 30 до 360 с с рабочим давлением Ar 0,5 Па. Предложен критерий оптимизации их качества по минимальным значениям средней и среднеквадратичной шероховатостей, которые определены по скану вертикального профиля (разрешение 20 пм) атомно−силового микроскопического изображения. Установлено, что размеры нанокластерных структур, образующих нанопленки, на режимах, когда шероховатости минимальны, обладали гранулометрическим распределением, близким к гауссовому. По атомно− силовым изображениям структуры нанопленок в виде как одиночного уступа, так и уступов, получаемых за разные интервалы времени, определены скорости роста нанопленок. Выявлено влияние режимов и параметров магнетронного распыления, а также составов мишеней из Cr, Cu, Al и Ni на размеры кластеров, из которых сформированы поверхности металлических нанопленок. Методами рентгенодифракционного анализа определены текстура и изменение межплоскостных расстояний в кристаллических решетках. Обоснованность предлагаемого критерия оптимизации, связывающего параметры нанесения нанослоев и их качество, подтверждена совпадением режимов магнетронного распыления, при которых достигается как минимум шероховатости, так и усредненное значение размера области когерентности, определенное из уравнения Дебая—Шеррера.


Об авторах

А. П. Кузьменко
Юго−Западный государственный университет.
Россия

Кузьменко Александр Павлович — доктор физ.−мат. наук, профессор, директор Регионального центра нанотехнологий. 

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.



Нау Динт
Юго−Западный государственный университет.
Россия

 Нау Динт — аспирант. 

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.



А. Е. Кузько
Юго−Западный государственный университет.
Россия

Кузько Андрей Евгеньевич — кандидат физ.−мат. наук, доцент, заведующий кафедрой нанотехнологии и инженерной физики. 

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.



Мью Мин Тан
Юго−Западный государственный университет.
Россия

Мьо Мин Тан — стажер. 

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.



Тант Син Вин
Юго−Западный государственный университет.
Россия

 Тант Син Вин — магистрант. 

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.



А. И. Колпаков
Юго−Западный государственный университет.
Россия

 Колпаков Артем Игоревич — студент.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.



Список литературы

1. Рогов, А. В. Факторы, определяющие эффективность магнетронного распыления. Критерии оптимизации / А. В. Рогов, Ю. В. Капустин, Ю. В. Мартыненко // Журн. тех. физики. − 2015. − Т. 85, вып. 2. − С. 126—134.

2. Каштанов, П. В. Магнетронная плазма и наотехнология / П. В. Каштанов, Б. М. Смирнов, Р. Хипплер // Успехи физ. наук. − 2007. − Т. 177, № 5. − С. 473—510. DOI: 10.3367/UFNr.0177.200705a.0473

3. Smirnov, B. M. Formation of clusters through generation of free atoms / B. M. Smirnov, I Shyjumon., R. Hippler // Phys. Scr. − 2006. − V. 73, N 3. − P. 288—295. DOI: 10.1088/0031-8949/73/3/009

4. Manova, D. Thin film deposition using energetic ions / D. Manova, J. W. Gerlach, S. Mändl // Materials. − 2010. − V. 3, N 8. − P. 4109—4141. DOI: 10.3390/ma3084109

5. Кукушкин, C. А. Процессы конденсации тонких пленок / C. А. Кукушкин, А. В. Осипов // Успехи физ. наук. − 1998. − Т. 168, № 10. − С. 1083—1116. DOI: 10.3367/UFNr.0168.199810b.1083

6. Ekpe, S. D. Theoretical and experimental determination of the energy flux during magnetron sputter deposition onto an unbiased substrate / S. D. Ekpe, S. K. Dew // J. Vac. Sci. Technol. A. − 2003. − V. 21, iss. 2. − P. 476—483. DOI: 10.1116/1.1554971

7. Xie, L. Molecular dynamics simulations of clusters and thin film growth in the context of plasma sputtering deposition / L. Xie, P. Brault, J.−M. Bauchire, A.−L. Thomann, L. Bedra // J. Phys. D: Appl. Phys. − 2014. − V. 47, N 22. − P. 224004(1–36). DOI: 10.1088/00223727/47/22/224004

8. Асеев, А. Л. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике / А. Л. Асеев // Вестник Российской Академии Наук. − 2006. − № 76, вып. 7. − С. 603—611.

9. Lin, J.−P. Structural, optical and electrical properties of chromium thin films prepared by magnetron sputtering / J.−P. Lin, L.−M. Lin, G.−Q. Guan, Y.−W. Wu, F.−Ch. Lai // Acta Photonica Sinica. − 2012. − V. 41, N 8. − P. 922—926. DOI: 10.3788/gzxb20124108.0922

10. Le, M.−T. Effect of sputtering power on the nucleation and growth of Cu films deposited by magnetron sputtering / M.−T. Le, Y.−U. Sohn, J.−W. Lim, G.−S. Choi // Materials Transactions. − 2010. − V. 51, N 1. − P. 116—120. DOI: 10.2320/matertrans.M2009183

11. Persson, B. N. J. On the fractal dimension of rough surfaces / B. N. J. Persson // Tribol. Lett. − 2014. − V. 54, iss. 1. − P. 99—106. DOI: 10.1007/s11249-014-0313-4

12. Muralidhar, S. M. Studies on nanostructure aluminium thin film coatings deposited using DC magnetron sputtering process / S. M. Muralidhar, G. Vijaya, M. S. Krupashankara, B. K. Sridhara, T. N. Shridhar // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. − 2016. − V. 149, N 1. − P. 012071. DOI: 10.1088/1757899X/149/1/012071

13. Priyadarshini, B. G. Structural and morphological investigations on DC−magnetron−sputtered nickel films deposited on Si (100) / B. G. Priyadarshini, S. Aich, M. Chakraborty // J. Mater. Sci. − 2011. − V. 46, N 9. − P. 2860—2873. DOI: 10.1007/s10853-010-5160-6

14. Джумалиев, А. С. Формирование текстурированных пленок Ni(200) и Ni(111) методом магнетронного распыления / А. С. Джумалиев, Ю. В. Никулин, Ю. А. Филимонов // Журн. техн. физики. − 2016. − Т. 86, вып. 6. − С. 126—131.

15. Burgstaller, W. Copper−nickel oxide thin film library reactively co−sputtered from a metallic sectioned cathode / W. Burgstaller, M. Hafner, M. Voith, A. I. Mardare, A. W. Hassel // J. Mater. Res. − 2014. − V. 29, iss. 1. − P. 148—157. DOI: 10.1557/jmr.2013.336

16. Burinskas, S. Synthesis of Cu/Cr multilayer thin films deposited by unbalanced magnetron sputtering / S. Burinskas, J. Dudonis // Materials science. − 2009. − V. 15, N 3. − P. 220—223.

17. Bizhou, Shen. Morphology structure and electrical properties of NiCr thin film grown on the substrate of silicon prepared by magnetron sputtering / Bizhou Shen, Liping Peng, Xuemin Wang, Jianjun Wei, Weidong Wu // J. Wuhan Univ. of Technology−Mater. Sci. Ed. − 2015. − V. 30, iss. 2. − P. 380—385. DOI: 10.1007/s11595-0151156-z

18. Джумалиев, А. С. Магнетронное осаждение тонких пленок Cu(200) на подложки Ni(200)/SiO2/Si / А. С. Джумалиев, Ю. В. Никулин, Ю. А. Филимонов // Журн. тех. физики. − 2014. − Т. 84, вып. 7. − С. 152—155.

19. Jing, Xu. The influence of sputtering argon pressure on LaB6 films characetristics / Jing Xu, Guang Hui Min, Hua Shun Yu, Jing Li // Adv. Mater. Res. − 2011. − V. 287–290. − P. 2244—2247. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.287-290.2244

20. Кузьменко, А. П. Температурные изменения структуры магнетронных медных пленок на ситалловой подложке / А. П. Кузьменко, Нау Динт, Мьо Мин Тан // Изв. Юго−Западного гос. ун−та. Сер. техника и технологии. − 2015. − Т. 16, № 3. − С. 60— 71.

21. Кузьменко, A. П. Процессы деградации при нагревании на воздухе в магнетронных нанопленках Ni и Cr / A. П. Кузьменко, А. Е. Кузько, Нау Динт, Мьо Мин Тан, Р. Т. Кануков // Изв. Юго− Западного гос. ун−та. Сер. техника и технологии. − 2016. − Т. 19, № 2. − С. 153—165.

22. Liu, Y. H. Deposition of multicomponent metallic glass films by single−target magnetron sputtering / Y. H. Liu, T. Fujita, A. Hirata, S. Li, H. W. Liu, W. Zhang, A. Inoue, M. W. Chen // Intermetallies. − 2012. − V. 21, iss. 1. − P. 105—114. DOI: 10.1016/j.intermet.2011.10.007


Дополнительные файлы

Для цитирования: Кузьменко А.П., Динт Н., Кузько А.Е., Мин Тан М., Син Вин Т., Колпаков А.И. Наноразмерная характеризация металлических магнетронных нанопленочных мультислоев из Cr, Cu, Al, Ni на ситалле. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2016;19(3):195-203. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-3-195-203

For citation: Kuzmenko A.P., Dint N., Kuzko A.E., Min Than M., Sin Win T., Kolpakov A.I. Nanoscale characterization of Cr, Cu, Al and Ni metallic magnetron nanofilm multilayers on sitall. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2016;19(3):195-203. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-3-195-203

Просмотров: 154

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)