Ученые выяснили, как протекают реакции в тонких двухслойных металлических пленках

Российские исследователи получили двухслойные тонкие пленки медь/золото и железо/палладий и изучили реакции, происходящие в них при нагревании. Изучение этих процессов позволит улучшить свойства материалов, которые сегодня используются в микроэлектронике. Статья ученых опубликована в Journal of Solid State Chemistry.

Материалы на основе тонких металлических пленок находят все более широкое применение в микроэлектронике. Так, медь и золото широко применяются для изготовления электрических контактов. Наноматериалы на основе железа и палладия обладают уникальными магнитными свойствами и являются перспективными для использования в технологиях высокоплотной магнитной записи информации. При этом одним из основных факторов, приводящих к изменению свойств тонкопленочных материалов, является изменение состава фаз в результате химических реакций и упорядочения атомной структуры. Работа исследователей посвящена изучению процессов твердофазных реакций в тонких двухслойных пленках медь/золото (Cu/Au) и железо/палладий (Fe/Pd).

Ученые получили тонкие двухслойные пленки Cu/Au и Fe/Pd. Для этого они использовали метод электронно-лучевого напыления в высоком вакууме: они испаряли сплав под действием пучка электронов и в дальнейшем осаждали его тонким слоем на подложке. Толщину этого слоя можно было регулировать. После получения пленок ученые провели эксперимент, в ходе которого исследовали протекание химических реакций на границе раздела исходных элементов, для чего потребовалось нагреть материал до высоких температур. Это сделали непосредственно в колонне просвечивающего электронного микроскопа с помощью специального держателя образцов, позволяющего проводить контролируемый нагрев от комнатной температуры до 1000 °С. Одновременно с нагревом производили регистрацию картин дифракции электронов и измерение температуры. Таким образом, ученым удалось совместить инициирование реакции и регистрацию изменений в процессе твердофазной реакции в одном эксперименте, что обеспечило высокую точность полученных исследователями данных.

«Мы определили значения параметра дальнего порядка и температуры перехода типа порядок-беспорядок атомно-упорядоченных фаз, формирующихся в процессе реакции. Атомы таких фаз складываются в упорядоченные структуры определенной формы. Мы предложили механизм формирования таких упорядоченных структур. Так, в случае системы Cu/Au мы показали, что взаимодиффузия меди и золота на начальных этапах реакции приводит к измельчению зерен исходных материалов и формированию нанокристаллитов твердого раствора Cu-Au внутри материала. В дальнейшем происходит зарождение и рост новой упорядоченной структуры на основе этих компонентов», – говорит один из авторов работы, научный сотрудник СФУ Евгений Моисеенко.

Работа ученых позволит выявить особенности исследованных тонкопленочных систем, которые могут быть использованы при проектировании устройств микроэлектроники.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.