Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Трусов Л.И. Островковые металлические пленки

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

13.57 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3031 / 3331 32 33 > Следующая >>>

значительно ниже энергии активации диффузии в са мом островке, процесс миграционной коагуляции может реализоваться при значительно более низких темпера турах, чем процесс автокоалесценции.

7. Экспериментальное исследование необратимого изменения электрической проводимости островковых пленок при отжиге

Сравнивая	качественные	изменения параметров
электрической	проводимости	(іпредэкспоненты,	энергии
активации и общей величины		сопротивления),	опреде

ленных экспериментально, е расчетными зависимостями, полученными в гл. IV, и. 6, можно сделать выводы о ха рактере процессов 'преобразования структуры, протека ющих в пленке.

В работах [355, 214, 180, 153, с. 194] исследованы необратимые изменения параметров электрической про водимости дискретных иридиевых пленок при старении и отжиге в зависимости от толщины и температур кон денсации и отжига. Иридий является одним из наибо лее подходящих материалов для изучения взаимной за висимости изменений морфологии и электрофизических свойств. Это связано, во-первых, со сравнительно не большой химической активностью элемента, в резуль тате чего практически исключаются посторонние ос ложняющие эффекты (например, хемосорбция или ин тердиффузия с подложкой), и, во-вторых, с тугоплав костью иридия, что обеспечивает возможность прово дить эксперимент при достаточно низких относительно

точки	плавления	температурах, и таким образом поз
воляет	исключить	формоизменение островков	диффу
зионного характера и выделить миграционный			эффект
в возможно более «чистом виде».
Пленки иридия были получены конденсацией из па
ровой	фазы яа поверхность полированных пластинок
из аморфного кварца.

Пленки разных толщин, осажденные при различной температуре подложки, подвергали ступенчатому отжи гу. В процессе выдержки в течение 15 мин температуру поддерживали постоянной. Между ступенями отжига пленки охлаждали для снятия температурной зависи мости сопротивления. Термообработка состояла из

301

трех последовательных ступеней отжита (250, 450 и 650°С). На рис. 96 представлены качественные диаг раммы необратимого изменения сопротивления пленок в процессе выдержки при ступенчатом отжиге. Знак «плюс» соответствует увеличению сопротивления, «ми нус»— уменьшению сопротивления за один цикл.

Температура отжига, °С

25 250 450 650

Рис. 96. Качественные диаграммы изменения сопротив ления иридиевых пленок при ступенчатом отжиге (гори зонтали соответствуют исходному сопротивлению в на чале цикла)


Поскольку		изменение		сопротивления				даже		качест
венно зависит		от толщины,			для	каждой		температуры
подложек при		конденсации			дается		две		диаграммы:
одна — для более			тонких	пленок, другая— для						более
толстых. Условная граница					лежит					О
						в области 10—20 А
Сопротивление			пленок может			как		увеличиваться,
так и уменьшаться, причем					знак	изменения			зависит от
средней	толщины		пленки, температуры					подложки при
конденсации, температуры ступени отжига.
Как следует из диаграмм					(см. рис. 96), в результате
отжига	пленок		различных		толщин		при		250°С про
исходит	уменьшение, а при				отжиге		при	температуре

302

650°С — увеличение сопротивления.

'Направление

изме

нения

сопротивления

при

отжиге

(450°С)

зависит

от

толщины пленки.

Сопротивление

тонких пленок

(tn 20

и 250°С) в процессе

отжига

при 450°С увеличивается,

т е. знак

изменения сопротивления

меняется

по

срав

нению с низкотемпературным отжигом при 250°С.

Для

более

толстых пленок

при 450°С

сопротивление

про

должает

уменьшаться,

изменение

знака

эффекта

происходит

при

более

высокой температуре

(650°О

Изменение сопротивления

пленок,

осажденных

при

450°С, качественно отличается от изменения

сопротив

ления пленок, осажденных при более низкой

темпера

туре

(20°С и 250°С).

Сопротивление

тонких

пленок

при 450°С

(старение)

уменьшается,

более

толстых,

наоборот,

увеличивается. При

старении

пленок, осаж

денных при

температуре

подложки,

равной

20°С

250°С, сопротивление меняется только у тонких пленок.

Таким образом, если			рассматривать	изменение	соп
ротивления	каждой	пленки в процессе всего отжига,
то для всех	пленок,	за	исключением	толстых	(Тп—

450°С), наблюдается минимум сопротивления: при

низкотемпературном	отжиге	(250°С)	сопротивление
уменьшается, а при увеличении		температуры отжига
оно возрастает.	влияния времени		выдержки при
Для исследования

отжиге на необратимые изменения сопротивления плен


ка иридия толщиной			около '5 А (/п=250°) 'была под
вергнута	ступенчатому		отжигу,	причем	выдержка		на
каждой	ступени	дополнительно		разбивалась		на	не
сколько периодов с промежуточным охлаждением							для
снятия характеристик. Результаты изменения						электри
ческих	характеристик		этой	пленки	показаны		на
рис. 97.	Режим	отжига указан		по абсциссе.		Верхняя

кривая изображает изменение сопротивления в процен тах за время выдержки одного цикла. При низкотемпе ратурных отжигах сопротивление сначала уменьшает ся, а затем при повышении температуры отжига увели

чивается.	Энергия активации		до цикла— напрев			до
450°С без	выдержки — падает,		а при	интенсификации
отжига — увеличивается,		Предэксіпонента так			же,	как
сопротивление и энергия		активации,		проходит через
минимум	по мере увеличения		интенсивности		термооб
работки.

303

Необходимо отметить интересную особенность. При нагревании до 450°С без выдержки энергия активации существенно уменьшается, а при последующем нагре вании до этой же температуры и выдержке, наоборот, увеличивается. Следовательно, направление хода энер гии активации изменяется в процессе изотермической выдержки.

Рис. 97.	Необратимый			ход	параметров			Q, С,	R для
пленки	иридия		в результате			ступенчатого			отжига;
lg Rпр=6,18,		где Япр —сопротивление					пленки,		охлаж-
денной	после	конденсации			(по	данным		работы [153,
с. 194])
На рис. 98 [180]			представлена				диаграмма			измене
ния энергии	активация			проводимости				пленок		иридия

разной толщины при ступенчатом отжиге. Температур


ная зависимость		сопротивления		пленки		в координатах
Igi?—1/Т представляет собой прямую с изломом								(см.
рис. 42). Поэтому на диаграмме				для каждой			пленки
приводятся	два	значения	энергии		активации,		одно	из
которых Qi	(1)	соответствует		относительно			высоким
температурам,		а другое	Q2 (2 )— более			низким. При
средней ступени		отжига	отчетливо		наблюдается мини

мум на кривой зависимости энергии активации проводи мости от температуры отжига.

На основании приведенных экспериментальных дан ных можно сделать следующий вывод. Для островко вых иридиевых пленок при низкотемпературном отжи-

304


re (250°C)		всех	исследованных толщин		превалирует
процесс	миграционной коагуляции, а			при	высокотем
пературном		отжиге (650°С)— процесс		автокоалесцен-
ции. В	области		температуры 450°С интенсивно проте

кают оба процесса, и знак конечного изменения сопро тивления и энергии активации зависит от соотношения

констант

этих

процессов,

определяемых

параметрами

пленки

и термообработки.

ция

Одновременная

реализа

МКГ и АКС при

тем

пературе 450°С подтвержда

ется,

например,

следующим

фактом. Энергия

активации

после отжига при 450°С для

образцов

наиболее

тонких

пленок иридия

(см. рис. 98)

существенно

падает, а

соп

ротивление

увеличивается,

правда

незначительно

(на

величину порядка

10%), что

объясняется

преобладанием

возрастания

предэкспонен

ты.

При

этом отжиг при

250°С

приводит

уменьше

нию сопротивления, а отжиг

при

650°С — к возрастанию,

Рис.

98.

Изменение

эффективной

причем

более

значительно

энергии

активации

проводимости

му,

чем

при

температуре

иридиевых

пленок

при

ступенча

том

отжиге

(Гп е=250°С)

для

раз

450°С.

Энергия

активации

ных значений

lg /?пр ( /?пр,

ом>

при

высокотемпературной

ступени отжига

также

уве

h, А):

2—6,18

№ =5):

3—

/—6,64 (h = 4);

личивается.

Такое

соотно

5,41;

4—3,58 (Л= 13);

5-4,24 (Л =9).

шение параметров

проводи

По данным работы

[180]

одно

мости

(при 450°С)

может иметь место именно при

временном

протекании

МКГ и АКС

(см. гл. IV, п. 5).

Немонотонность изменения энергии активации в

процессе

изотермической ступени

отжига при

темпе

ратуре

450°С

(см. рис. 97) объясняется взаимным

влиянием

миграционной

коагуляции

и автокоалесцен-

ции. При МКГ высота отдельных островков не меняет ся. В то же время средний размер и площадь поверх ности раздела островка в результате коагуляции увели-

305

чиваетея, т. е. уменьшается его относительная			высота
h j а. Следовательно,	образовавшийся	островок	после
коагуляции находится	в относительно	более неравно

весном состоянии. Если при жидкоподобной коалесцен-


ции стягивание	происходит очень		быстро — непосред
ственно после	контактирования, то		при	более низкой
температуре автокоалееценция		отстает		во времени от
МГК. В результате в течение		некоторого времени пос
ле начала отжига доминирует МКГ			(энергия активации

уменьшается), а затем эффект АКС становится преоб ладающим, что проявляется в изменении направления хода энергии активации и образовании минимума на кривой изотермического отжига.

Период, после которого происходит перемена знака на кривых зависимости параметров проводимости от толщины пленки, возрастает с увеличением толщины последней. Так, сопротивление тонких пленок (/П=20°С

и 250°С)	после пятнадцатиминутного			отжига	при
450°С увеличивается,		а более	толстых	пленок — про
должает	уменьшаться	(см. рис. 96). С		уменьшением
толщины	(при постоянной Гп)		островки	мельче,	т. е.
скорость их миграции		выше. Следовательно, за одно и

то же время в более тонкой пленке миграционная коа гуляция должна пройти полнее. АКС также развивает ся быстрее при уменьшении толщины. Следовательно, смена преобладающего влияния МКГ и АКС для более тонких пленок будет происходить раньше.

Однако соотношение толщины может быть таково, что в более толстых пленках h2 рис. 95) эффект автокоалесценции преобладает по существу с самого нача ла. При этом сопротивление более толстых пленок должно увеличиваться. В пленках меньших толщин на начальном этапе процесс определяется миграционной коагуляцией. Этим, очевидно, объясняется характер изменения сопротивления от толщины при старении при 450°С (рис. 96).

Для объяснения уменьшения электросопротивления


иридиевых пленок в процессе старения (см.			рис. 92) по
экспоненциальному закону в соответствии			с выраже
нием (359) используется		представление о	миграцион
ной коагуляции	(гл. IV, п. 5 и 6).		представ
Аналогичную	качественную зависимость,
ляющую замедляющееся		со временем уменьшение сон-

306

ротивлеіния, получил Чопра для пленок серебра при отсечении атомного потока. Чопра объясняет эту закономерность продолжающейся коалесценцией, что про является в постепенном утолщении шеек между кон тактирующими островками. Это объяснение нельзя применить к островковым пленкам, имеющим активи рованную проводимость. В таких пленках проводи мость контролируется переносом электронов через зазор между островками и, следовательно, определяет ся эффективной величиной зазора. Коалесценция же (в данном случае имеется в виду автокоалесценция) не уменьшает расстояние между изолированными остров ками, а только увеличивает сечение шейки в комплек сах уже контактирующих островков. Более того, при коалесценцин эффективное расстояние между изолиро ванными островками должно увеличиваться, т. е. со противление и энергия активации проводимости будут возрастать. Между тем наряду с уменьшением сопро тивления при старении происходит уменьшение эф

фективной		энергии	активации			проводимости				(см.
рис. 97).
Минимум		на кривой,		изменения			сопротивления в
процессе отжига тонких пленок золота,								серебра,		пла
тины наблюдался в			работах		[354;		12,	с.	591;	272].
Скофіроник	и Филлипс			[354;	12,	с. 591]			исследовали
зависимость		сопротивления пленок					золота, осажден
ных на слюде при температурах						90°К (в			далынейшем
нагретых	до комнатной			температуры)				и	комнатной.
Первоначальное падение				сопротивления				авторы		объ

ясняют обратимым изменением, соответствующим отри цательному ТКС, присущему островковым пленкам. Для объяснения необратимого увеличения сопротивле ния при старении или при отжиге на участке после мини мума используется модель мигрирующих вследствие термической активации островков. В этой модели допус кается, что происходит миграция круглых островков и образование в результате контактирования более круп ных, но также круглых островков. Рассматривается изменение среднего расстояния между ними. Увеличе ние сопротивления авторы объясняют увеличением это го среднего расстояния при уменьшении числа остров ков. В данной модели предполагается сохранение фор мы островков в (ппопессе миграционного контактирова

307

ния, т. е. существование миграционной жидкоподобной коалесценции. Для 'процесса миграционной жидкоподобной коалесценции требуется высокая подвижность атомов в островке, которая при таких низких температурах, оче

видно,

маловероятна

и,

следовательно,

существенное

формоизменение

островков за

счет

коалесценции

не

возможно'. В модели описанной работы

[354;

12, с. 591]

не

учитывается

то обстоятельство, что

в процессе

миг

рации

форма

остров

R OM

ков

отклоняется

от

изометрической,

а эф

фективное

расстояние

между ними,

опреде

ляющее

электрическое

сопротивление,

умень

шается.

На

рис.

приво-

водятся

кривые изме

нения

сопротивления

от температуры

в про

цессе

отжига для

пле

нок

платины,

осаж

денных

при

низкой

темпер атуре

(100°К)

по

данным

работы

[272]. Характерно,

что

эти зависимости имеют

некоторые особенности:

во-первых, наличие ми

нимума

как

для

соп

ротивления,

так

и для

энергии

активации

0,004

о т

0,008

і/тун'

(которая

указана

около

линий, соответ

Рис.

99. Температурная

зависимость

сопро

ствующих

обратимому

тивления

для

пленок платины

различной

изменению

сопротив

толщины

(Г

=100°К), А;

ления); во-вторых, на

fl—10; б,

б—5

(по данным работы [272])

личие

перегиба

при

температуре

—150

-f-

— —1Ѳ0°К, свидетельствующего о том, что уменьшение сопротивления необратимо.

Таким образом, минимум на кривой сопротивления при отжиге присущ островковым пленкам различных

308

металлов и наводит на мысль об общности характера процессов, протекающих в них. Изменение сопротивле

ния и энергии	активации при отжиге как для		пленок
золота, серебра,	платины (по	данным [354; 12,	с. 591;
272), так и для	пленок иридия	(по данным работ [214,

153, с. 194]) объясняется преобладанием миграционной коагуляции при низких температурах, приводящей к уменьшению сопротивления, и преобладанием автокоа-

лееценции при более высоких		температурах, приводя
щей к увеличению сопротивления.			отжиге	наблюдался
Минимум	сопротивления	при
также в работах [358, 359] при			исследовании		сравни-
тельно толстых пленок ниобия			О
		(до 5000 А).		Кэйна		и др.
Большой интерес представляет работа
[360], в которой производился изотермический					отжиг
(при 450°С в	атмосфере гелия) сплошных			пленок		зо-
лота толщиной	О				двумя
	60—80 А, заключенных между

слоями сульфида цинка или кадмия, полученных испа рением.

При злектронномикроскопическом		исследовании	ус
тановлено	[360], что, несмотря на	жесткую матрицу
покровных	пленок, с обеих сторон	при отжиге	при

450°С происходит автокоалесценция, приводящая к пол ному нарушению непрерывности для достаточно тонких

пленок. Прямолинейный участок кривых	lg R — т,
характеризующийся энергией активации (Е),	объяс

няется утонынением мостиков между островками, про

исходящим вследствие диффузии. Значение						£ — 1,8		эв
является средним между величинами энергии							актива
ции	поверхностной и объемной				диффузии для		золота.
ОПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. П а л а т н и к			Л. С., Ф у к с	М. Я-,	К о с ев и ч В. М. Механизм
	образования		и субструктура конденсированных			пленок. М.,
2.	«Наука», 1972. 348 с. с ил.			тонкослойных покрытий. М.,				Физ-
	Р о з е н б е р г		Г. В. Оптика
3.	матгиз, 1958. 570 с. с ил.				в технике сверхвысоких			час
	С л у ц к а я	В. В. Тонкие пленки
4.	тот. М — Л.,	Госэнергоиздат,		1962. 399 с. с ил.
	М ет ф е с с ел ь С. Тонкие			плевки, их изготовление и измере
	ние. М — Л.,.Госэнергоиздат,			1963. 272 с. с ил.

309

Х о л л э н д

Л.

Нанесение тонких пленок в вакууме. М.

Л.,

Госзнергоиздат,

1963. 608 с. с ил.

6 . Физика

тонких

пленок. М., «Мир», т. 1, 1967; т. 2, 1967; т. 3,

1968; т. 4, 1970; т. 5, 1972.

И. И. Ориентированная крис

П а л а т н и к

Л. С., П а п и р о в

таллизация. М., «Металлургия»,

1964. 408 с. с ил.

пленки.

8 . П а л а т н и к

Л. С., П а я й р о в

И. И. Эпитаксиальные

M. , «Наука»,

1971. 480 с. с ил.

Э. П.

Структура

тонких

9 . С е в е р д е н ко

В.

П., Т о ч и ц к и й

металлических іпленок. Минск, «Наука и техника»,

1969.

210

с.

10.

с ил.

Д., П а у н д

Г. Испарение и

конденсация. М., «Метал

Х и р с

лургия», 1966. 196 с. с ил.

И. Ч о п р а

К. Л.

Электрические явления в тонких пленках. М.,

12.

«Мир»,

1972. 435 с. с ил.

Physics, ed

by R. Niedermayer,

Basic Problems

Thin Film

H. Mayer, Vandenhoeck and Ruprecht,

Göttingen,

1966,

756

13.

Structure and Properties of Thin Films, ed by C. A. Neugebauer,

14.

B. Newkirk

and

D. A. Vermilyea, Wiley, N. Y., 1959, 561 s.

Condensation

and

Evaporation

of Solids. Gordon

and

Breach,

N.—Y„ L., 1962, 705 s.

15.	C a r r o l l		B. Me., E h r l i c h		G. — «J.	Chem.	Phys.»,	1963,
	V . 38, p . 523—532.
16.	J o y c e	B. A.,		B r a d l e y R. R.,	B o o k e r	G. R. — «Phil. Mag.»,
17.	1967, V .	15, №		138, p. 1167— 1187.			Soc.,	1963,
	J o y c e	B. A,		B r a d l e y R. R. H. Electrochem.
	V . 110,	p .	1235.

18.Монокристаллические пленки. Перев. с англ, под ред. 3. Г. Пин* скера. М., «Мир», 1966. 400 с. с ил.

19.Физическое металловедение. Перев. с англ, под ред. И. И. Но

викова. М., «Мир», т. 1, 2, 1968.

20.G і b b s J. W. Collected Works, ѵ. 1, Yale, 1948.

21.

V o l m e r

М.,

W e b e r А. — «Zs.

Phys. Chem.»,

1925,

119,

277—290.

22.

M o o r e

J. W. — «J. Austral

Inst. Metals»,

1966,

11,

№ 6 ,

2 2 0 .

23.

V о 1 m e r

Kinerik

der

Phasenbilding,

Steinkopff.

Dres

den— Leipzig,

1939.

24.

P o u n d

G. M.,

S i m n а d M. T.,

Y a n g

L. — «J. Chem. Phys.»,

1954, V . 22, p.

1215— 1224.

25.

J o y c e

B. A.,

B r a d l e y

R. R., B o o k e r

G. R. — «Phil. Mag.»,

1966, V .

14, p. 289—300.

26.

П а л а т н и к

Л .

С.,

К о с e в и ч

В.

М. — «Кристаллография»,

4958, т. 3, с. 709—715.

27.

П а л а т н и к

Л.

С.,

К о с е в и ч

В.

М. — «Кристаллография»,

1959, т. 4,

с. 42; 673.

28.М а у е г Н. Physik Dünner Schichten, v. 2, Wissenschaft, Verlagsgesellsch. Stuttgart, 1955.

29.	W а 11 о n D., R h о d i n T. N.,	R o l l i n s	R. — «J. Chem. Phys.»,
	1963, V . 38, p . 2698—2704.
30.	P o p p a H. — «J. Appl. Phys.»,	1967, v. 38, №		10, p. 3883—3894.
31. Д ж е к с о н К. В «и.: Жидкие металлы			и	их затврдевание.
	1962, с. 200.

310

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3031 / 3331 32 33 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ

#
19.10.20232.87 Mб10Трудности перевода с французского языка (на материале математической лексики)..pdf
#
30.10.202319.76 Mб18Труды Архива. Вып. 22 Вып. 22.pdf
#
19.10.20237.58 Mб40Трунковский, Л. Е. Монтаж силовых сетей и электрооборудования учеб. пособие.pdf
#
29.10.20232.15 Mб10Трунтаев В.В. Системы вентиляции и термостатирования агрегата учебное пособие.pdf
#
25.10.202314.31 Mб54Трупак Н.Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве.pdf
#
25.10.202313.57 Mб23Трусов Л.И. Островковые металлические пленки.pdf
#
22.10.202311.51 Mб9Трусов, А. Д. Анализ хозяйственной деятельности предприятий химической промышленности учебник.pdf
#
29.10.20232.68 Mб8Трутнев В.Н. Работа на станках с гидросуппортами.pdf
#
22.10.202311.55 Mб45Труфяков, В. И. Усталость сварных соединений.pdf
#
21.10.202310.06 Mб10Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций.pdf
#
25.10.202314.07 Mб17Тугаринов А.И. Общая геохимия. Краткий курс учеб. пособие.pdf