Fázisnövekedés amorf Si – Cu rendszerben; SNMS, XPS, XRD valamint APT technikák kombinált alkalmazása
B. PARDITKA1,2,M. VEREZHAK1,3, M. IBRAHIM4
1Aix-Marseille Université, IM2NP, Faculté des Sciences de Saint-Jérôme case 142, 13397 Marseille, France2University of Debrecen, Department of Solid state Physics, Egyetem tér 1. PO.Box 2. H-4010, Hungary
3Metal Physics Department, National Technical University of Ukraine 'Kyiv Polytechnic Institute', 37 Prospect Peremogy, U-03056, Kiev, Ukraine4Institute of Materials Physiks, University of Münster, Wilhelm Klemm Straße 10, D-48149, Münster, Germany
Köszönetnyilvánítás:
Absztrakt:
Méréseink során SNMS (Secondary Neutral Mass Spectrometry), XRD, profilométeres, 4 pontos ellenállás mérés, XPS és APT (Atom Probe Technique) technikák kombinációjának segítségével követtük nyomon a Cu3Si fázis növekedését 408 K hőmérsékleten. Az amorf szilíciumból és a nanokristályos rézből kialakuló fázis lineáris növekedést mutatott, melyhez a Cu3Si/Cu és a Cu3Si/a-Si fázishatárok hozzávetőlegesen egyenlő mértékben járultak hozzá. Az APT mérésekből kiderült, hogy a szilícium atomok a réz szemcsehatárain gyorsan bediffundálnak majd pedig szegregálnak a felszínen. Az SNMS és APT mérések arra is fényt derítettek, hogy egy, már a kezdetekkor kialakult kevert tartományból, mely már a mintagyártáskor megjelenik, alakul ki igen gyorsan a Cu 3Si fázis, melyet ezután egy jóval lassabb fázishatár kontrollált lineáris fázisnövekedés követ.
Hőkezeletlen és hőkezelt minták SNMS profiljai 408 K / 12 óra
Jól látható a kezdetben még éles határfelület mentén kialakuló Cu3Si fázis növekedése
Motiváció:
Mintagyártás & Mérések:
B. Parditka, M.Verezhak, Z. Balogh, A. Csik,G. A. Langer, D. L. Beke, M. Ibrahim, G. Schmitz, Z. Erdélyi; Phase growth in amorphous Si-Cu system: combination of SNMS, XPS, XRD, and APT techniques ; ACTA MATERIALIA (submitted)
Fázis határok (Cu3Si/Cu és Cu3Si/a-Si) eltolódása a hőkezelési idő függvényében…Meglepő módon azonos mértékű fogyás tapasztalható mindkét résztvevő anyag részéről. Magyarázat: szemcsehatár diffuzió…
A réz-szilícium rendszer nem egy iparág számára fontos anyag páros. A napelem gyártástól, az új generációs, nanoszálakat is felhasználó akkumulátor gyártáson át egészen az legújabb optikai adathordozókig igen sok helyen felbukkannak. A rendszer fázis diagramján jól látható, hogy a rendszer több fázis megjelenésének is lehetőséget nyújt adott körülmények között. Ezen fázisok közül a Cu3Si az irodalomban is több megelőző kutatásban megjelent a fennt említett technológiák, eszközök fejlesztése kapcsán. Kutatásainkat, így eme fázis növekedésének korai szakaszára fókuszáltuk.
Minták: (Si hordozó // 120 nm a-Si / 45 nm Cu) Hőkezelések nagy vákuum körülmények között (408 K) Hőkezelések: 0*,1, 2, 4, 8, 12 és 18 óra
XRD és XPS mérések:Hőkezelések alatt kialakuló a Cu3Si fázis jelei. Hőkezelések előtti és utáni XRD és XPS mérési eredmények…
Eredmények:
A Cu3Si fázis növekedése lineáris kinetikát mutat…
(Míg az irodalomban más kutatócsoportok ettől eltérő – parabolikus – kinetikát találtak.)
Az APT mérésekből származó ábrán tisztán láthatóak mind a szemcsehatár diffúzió, mind a felszíni szegregáció nyomai
Konklúzió: A poszter elkészítését a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.
Amorf szilícium-réz rendszerben tanulmányoztuk a Cu3Si fázis kezdeti növekedését 408 K hőmérsékleten. Méréseink során XPS, XRD, APT, SNMS, profilométeres valamint 4 pontos ellenállás mérések eredményeit használtuk fel. Az irodalommal ellentétben lineáris kinetikát találtunk, mely során a két fázishatár egyenlő mértékben járult hozzá a fázis növekedéséhez, melyet a szemcsehatár diffúzió eredményezett. Eredményünk tehát egy fázishatár kontrollált lineáris kinetikát követő fázis növekedés az amorf szilicium – réz rendszerben.
