Формування силіцидних фаз при реакційній дифузії в системах "плівкові шари (5-30 нм) Ti, Ni - монокристалічний кремній" - Автореферат

Національний технічний університет України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукРобота виконана на кафедрі фізики металів Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут". Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", завідувач кафедри фізики металів З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" за адресою: м.При твердотільних реакціях, що ініційовані підвищенням температури, можуть формуватись фази, нетипові для масивного стану, утворюватись гетероструктури як суміш двох і більше фаз. Тому завдання експериментального дослідження механізмів структурних та фазових перетворень, кінетики реакційної дифузії при формуванні силіцидних фаз в системах з металевими шарами нанометрових товщин (5 - 30 нм) на монокристалах кремнію, що мають перспективу практичного використання, є актуальним як у науковому, так і в практичному відношенні. Обмеженість математичного опису нових задач дифузії з реакцією, які виникають в сучасних дослідженнях нанометрових шарів, необхідних розрахункових даних обмежує наукове прогнозування та можливості оптимізації технологічних процесів, зокрема - термічної обробки, з метою створення певних структурно-фазових станів в плівкових структурах “метал-кремній”. Дисертаційна робота виконувалась згідно планам наукових робіт кафедри фізики металів Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" в рамках науково-дослідних тем: “Термоіндукований масоперенос у поверхневих шарах та на границях розділу тонкоплівкових структур на основі перехідних металів” (№ держ. реєстрації 0100U006529), “Дослідження міжшарових взаємодій у системах “3d-перехідний метал - кремній” методами експериментальної та теоретичної магнітооптичної спектроскопії” (№ держ. реєстрації 0100U002916), “Формування нанорозмірних плівок NISI та Mn4Si7 на монокристалічному кремнії” (№ держ. реєстрації 0104U003247) Міністерства освіти і науки України. В рамках задач масопереносу у новій постановці запропоновано моделі дифузійного росту нових фаз: модель дифузії з реакцією в системі ”підкладинка - шар скінченої товщини”; модель масопереносу у плоскошаровій системі “тверда фаза - рідка фаза - тверда фаза”; модель дифузійного росту ансамблю частинок нової фази різної геометричної форми в обємному середовищі, що є вичерпним джерелом дифузанту; одержані числовими методами розвязки ряду початково-крайових задач дифузії в новій постановці та результати компютерного моделювання дозволяють прогнозувати дифузійний ріст частинок нових фаз: визначати розмір частинок на всіх етапах термічної обробки пересичених твердих розчинів, тривалість відпалу матеріалів при даній температурі для досягнення певного розміру частинок, зокрема - максимального, швидкість росту включень та концентрацію дифузанту в області границі розділу фаз на різних стадіях відпалу, розраховувати параметри дифузії.У першому розділі "ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД" проаналізовано літературні дані за тематикою дисертаційного дослідження, окреслено стан сучасних уявлень про реакційну дифузію, зокрема, - системах “метал - кремній”. В третьому розділі "МЕХАНІЗМИ СТРУКТУРНИХ ТА ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ В ПРОЦЕСАХ РЕАКЦІЙНОЇ ДИФУЗІЇ В СИСТЕМАХ Ni-Si(001), Ti-Si(001) ПРИ ТЕРМІЧНІЙ ОБРОБЦІ" експериментально досліджено процеси термостимульованої реакційної дифузії в тонкоплівкових системах Ni-Si та Ti-Si. Запропоновано багатостадійну модель структурних та фазових перетворень в процесах реакційної дифузії в системах “плівкові шари Ni (Ti) нанометрових товщин (5 - 30 нм) - монокристал Si(001)” при термічній обробці в інтервалі температур 773К-1273К, а саме: · утворення проміжних силіцидних фаз в області границі розділу металевої плівки з Si(001); Для системи Ni(10 нм)/ Si(001) в інтервалі температур 773 К - 1273 К багатостадійна модель включає в себе (рис.1): утворення шару полікристалічного силіциду NISI в області границі розділу плівки Ni з Si(001); дифузію атомів Ni з проміжної силіцидної фази NISI в монокристал Si(001) за обємним механізмом; зародження на границі розділу NISI-Si(001) включень епітаксійної фази NISI2; ріст сферичних включень фази NISI2 за рахунок дифузійного розчинення шару проміжної фази NISI; взаємну дифузію атомів Ni та Si з формуванням включень епітаксійної фази NISI2 в обємі монокристалу Si(001); коалесценцію включень NISI2 в реакційній зоні.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ