МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ И РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАССИВОВ СТОЛБИКОВ НИКЕЛЯ В МАТРИЦЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ

Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) и спектроскопии ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения (X−ray absorption near edge structure — XANES) проведена диагностика массивов столбиков никеля, распределенных в матрице SiO2 на подложке кремния. Столбики Ni получены методом электрохимического осаждения металла в поры матрицы диоксида кремния, сформированные трековым методом. Латентные треки получены путем облучения слоя SiO2 тяжелыми ионами золота на ускорителе Института Хан−Майтнер (Берлин, Германия). Методом РЭМ установлены особенности заполнения пор металлом, показана специфика образования столбиков Ni, их морфология (поверхность и сколы). Электронно−энергетическое строение массивов столбиков Ni исследовано методом XANES с помощью высокоинтенсивного синхротронного излучения ультрамягкого рентгеновского диапазона накопительного кольца BESSY II Гельмгольц−центра г. Берлина. Путем анализа локального окружения атомов кремния, никеля и кислорода по данным синхротронного метода XANES изучена специфика фазового состава поверхностных слоев, включая границу раздела столбик−матрица. Возможное образование фазы силицида никеля показано лишь при определенных режимах формирования массивов столбиков: в случае частичного разрушения матрицы диоксида кремния и при контакте металла с подложкой Si. Изучена специфика естественного окисления поверхности гетероструктуры «столбик никеля — диоксид кремния».

столбики никеля, оксид кремния, латентные ионные треки, растровая электронная микроскопия, спектроскопия ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения

1. Herino, R. Nanocomposite materials from porous silicon / R. Herino // Mater. Sci. Eng. B. − 2000. − V. 69−70. − P. 70—76.

2. Sasano, J. Re−dissolution of copper deposited onto porous silicon in immersion plating / J. Sasano, R. Murota, Y. Yamauchi, T. Sakka, Y. H. Ogata // J. Electroanal. Chem. − 2003. − V. 559. − P. 125—130.

3. Rumpf, K. Structural and magnetic characterization of Ni− filled porous silicon / K. Rumpf, P. Granitzer, P. Pölt, A. Reichmann, H. Krenn // Thin Solid Films. − 2006. − V. 515. − P. 716—720.

4. Granitzer, P. Micromagnetics of Ni−nanowires filled in nanochannels of porous silicon / P. Granitzer, K. Rumpf, H. Krenn // Thin Solid Films. − 2006. − V. 515. − P. 735—738.

5. Fink, D. High energy ion beam irradiation of polymers for electronic applications / D. Fink, P. S. Alegaonkar, A. V. Petrov, M. Wilhelm, P. Szimkowiak, M. Behar, D. Sinha, W. R. Fahrner, K. Hoppe, L. T. Chadderton // Nucl. Instr. Meth B. − 2005. − V. 236. − P. 11—20.

6. Ivanou, D. K. Electrochemical deposition of PbSe and CdTe nanoparticles onto p−Si (100) wafers or into nanopores in SiO2|Si (100) structure / D. K. Ivanou, Е. A. Streltsov, A. K. Fedotov, A. V. Mazanik, D. Fink, A. Petrov // Thin Solid Films. − 2005. − V. 490. − P. 154—160.

7. Ivanova, Yu. A. Electrochemical deposition of Ni and Cu onto monocrystalline n−Si(100) wafers and into nanopores in Si/SiO2 template / Yu. A. Ivanova, D. K. Ivanou, A. K. Fedotov, Е. A. Streltsov, S. E. Demyanov, A. V. Petrov, E. Yu. Kaniukov, D. Fink // J. Materials Science. − 2007. − V. 42. − P. 9163—9165.

8. Ragoisha, G. A. Multiparametric characterisation of metal− chalcogen atomic multilayer assembly by potentiodynamic electrochemical impedance spectroscopy / G. A. Ragoisha, A. S. Bondarenko, N. P. Osipovich, S. M. Rabchynski, E. A. Streltsov // Electrochimica Acta. − 2008. V. 53. − P. 3879—3888.

9. Turishchev, S. Yu. Investigations of the electron energy structure and phase composition of porous silicon with different porosity / S. Yu. Turishchev, V. A. Terekhov, V. M. Kashkarov, E. P. Domashevskaya, S. L. Molodtsov, D. V. Vyalykh // J. Electron Spectroscopy and Related Phenomena. − 2007. − V. 156—158. − P. 445—451.

10. Terekhov, V. A. Silicon nanocrystals in SiO2 matrix obtained by ion implantation under cyclic dose accumulation / V. A. Terekhov, S. Yu. Turishchev, V. M. Kashkarov, E. P. Domashevskaya, A. N. Mikhailov, D. I. Tetel’baum // Physica E: Low−dimensional Systems and Nanostructures − 2007. − V. 38, iss. 1–2. − P. 16—20. DOI: 10.1016/j.physe.2006.12.030

11. Домашевская, Э. П. XANES− и USXES−исследов ания межатомных взаимодействий в нанокомпозитах (Co41Fe39B20)1−x(SiO2)x / Э. П. Домашевская, С. А. Сторожилов, С. Ю. Турищев, В. М. Кашкаров, В. А. Терехов, О. В. Стогней, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, С. Л. Молодцов // ФТТ. − 2008. − T. 50. − С. 135.

12. Turishchev, S. Yu. Surface modification and oxidation of Si wafers after low energy plasma treatment in hydrogen, helium and argon / S. Yu. Turishchev, V. A. Terekhov, E. V. Parinova, O. V. Korolik, A. V. Mazanik, A. K. Fedotov // Materials Science in Semiconductor Processing. − 2013. − V. 16, Iss. 6. − P. 1377—1381. DOI: 10.1016/j.mssp.2013.04.020

13. Fedotova, J. Gigantic magnetoresistive effect in n−Si/SiO2/ Ni nanostructures fabricated by the template−assisted electrochemical deposition / J. Fedotova, A. Saad, D. Ivanou, Yu. Ivanova, A. Fedotov, A. Mazanik, I. Svito, E. Streltsov, S. Tyutyunnikov, T. N. Koltunowicz // Electrical Rev. − 2012. − V. 88. − P. 305—308.

14. Зимкина, Т. М. Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия / Т. М. Зимкина, В. А. Фомичев. − Ленинград : Изд−во ЛГУ, 1971. − 132 c.

15. Румш, М. А. К вопросу о применении вторичных электронных умножителей для исследования спектров мягкого рентгеновского излучения / М. А. Румш, А. П. Лукирский, В. Н. Щемелев // Изв. АН СССР. Сер. Физ. − 1961. − Т. 25 (8). − С. 1060—1065.

16. Stohr, J. NEXAFS spectroscopy / J. Stohr − Berlin : Springer, 1996 − P. 403.

17. Kasrai, M. Sampling depth of total electron and fluorescence measurements in Si L− and K−edge absorption spectroscopy / M. Kasrai, W. N. Lennard, R. W. Brunner, G. M. Bancroft, J. A. Bardwell, K. H. Tan // App. Surf. Sci. − 1996. − V. 99. − P. 303—302.

18. Alfa Aesar. http://www.alfa.com

19. Poe, B. T. Raman and XANES spectroscopy of permanently densified vitreous silica / B. T. Poe, C. Romano, G. Henderson // J. Non−Crystalline Solids. − 2004. − V. 341. − P. 162—169.

20. Henderson, G. S. An O K−edge XANES study of glasses and crystals in the CaO−Al2O3−SiO2 (CAS) system / G. S. Henderson, D. R. Neuville, L. Cormier // Chemical Geology. − 2009. − V. 259. − P. 54—62.

21. Yoshigoe, A. A grating monochromator of BL23SU at SPring−8 covering silicon and oxygen K−edges / A. Yoshigoe, A. Agui, T. Nakatani, T. Matsusita, Y. Saitoh, A. Yokoya // J. Synchrotron Radiation. − 2001. − V. 8. − P. 502—504.

22. Garvie, L. A. J. Bonding in alpha−quartz (SiO2): A view of the unoccupied states / L. A. J. Garvie, P. Rez, J. R. Alvarez, P. R. Buseck, A. J. Craven, R. Brydson // American Mineralogist. − 2000. − V. 85. − P. 732—738.