Формування нанофазних плівок Cu₁₅Si₄/Si на кремнієвих поверхнях
Анотація
Ми повідомляємо про формування наноплівок силіциду міді з використанням різних режимів магнетронного розпилення. Тонкі плівки силіциду міді були сформовані шляхом розпилення Cu на поверхню Si(111), нагріту до 467°C у високому вакуумі, використовуючи метод середньої RFMS на частоті 100 кГц та з ефективністю D = 70%. Товщину отриманої гетероепітаксіальної плівки Cu/Cu15Si4/Si було виміряно за допомогою скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). Також плівку Cu15Si4 було сформовано шляхом термічного відпалу наноплівок Cu/Si(111) у вакуумі при 800 K протягом 1,5 годин за допомогою методу DCMS. Товщину та морфологію поверхні отриманих зразків було досліджено за допомогою СЕМ. Формування силіцидних плівок підтверджено результатами енергодисперсійних спектрів. Формування плівки силіциду міді (Cu) залежить від розміру кристалів міді та температури підкладки, і при 467℃ під шаром міді товщиною 130 нм було сформовано плівку Cu15Si4 товщиною 75 нм. Ці результати дають нове розуміння механізмів, що регулюють реакції на межі розділу мідь-кремній, та підкреслюють потенціал наноплівок силіциду міді для покращення продуктивності транзисторів метал-оксид-напівпровідник та високошвидкісних інтегральних схем.
Завантаження
Посилання
A.M. Koshy, A. Sudha, and S.K. Yadav, “Parasuraman Swaminathan. Effect of substrate temperature on the optical properties of DC magnetron sputtered copper oxide thin films,” Physica B: Condensed Matter, 650, 414452 (2023). https://doi.org/10.1016/j.physb.2022.414452
Z.H. Zhang, S. Hasegawa, and S. Ino, “Epitaxial growth of Cu onto Si(111) surfaces at low temperature,” Surface Science, 415, 363–375 (1998). https://doi.org/10.1016/s0039-6028(98)00572-x
A. Hojabri, F. Hajakbari, M.A.M. Moazzen, and S. Kadkhodaei, “Effect of thickness on the properties of Copper Thin Films Growth on glass by DC Planar Magnetron Sputtering,” JNS, 2, 107-112 (2012).
J.-H. Boo, M.J. Jung, H.K. Park, K.H. Nam, and J.G. Han, “High-rate deposition of copper thin films using a newly designed high-power magnetron sputtering source,” Surface Coatings Technology, 188–189, 721–727 (2004). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.07.005
A.A. Solovyev, V.A. Semenov, V.O. Oskirko, K.V. Oskomov, A.N. Zakharov, and S.V. Rabotkin, “Properties of ultra-thin Cu films grown by high-power pulsed magnetron sputtering,” Thin Solid Films, 631, 72-79 (2017). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.04.005
S. Rtimi, O. Baghriche, C. Pulgarin, A. Ehiasarian, R. Bandorf, and J.Kiwi, “Comparison of HIPIMS sputtered Ag-and Cu-surfaces leading to accelerated bacterial inactivation in the dark,” Surface and Coatings Technology, 250, 14-20 (2014). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.02.029
N. Paik, “Characteristics of Cu films prepared using a magnetron sputter-type negative ion source (MSNIS),” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 229(3-4), 436-442 (2005). https://doi.org/10.1016/j.nimb.2004.12.123
K.T. Davranov, M.T. Normuradov, M.A. Davlatov, T.U. Toshev, and N.A. Kurbonov, “Preparation of calcium titanate perovskite compound, optical and structural properties,” East European Journal of Physics, (3), pp. 350–354 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-40
K. Dovranov, M. Vinnichenko, V. Korablev, M. Normuradov, et al., “Raman and IR Spectrum Analysis of CrSi2 Thin Films Formed in Direct Current and Variable Frequency Modes of a Magnetron Sputtering Device,” in: International Conference on Electrical Engineering and Photonics, EExPolytech, (2024), pp. 304-307. https://doi.org/10.1109/EExPolytech62224.2024.10755629
I.R. Bekpulatov, G.T. Imanova, B.E. Umirzakov, I.X. Turapov, and N.E. Norbutaev, “Formation of thin CrSi2 films by the solid-phase ion-plasma method and their thermoelectric properties,” Materials Research Innovations, 28(4), 221–228 (2024). https://doi.org/10.1080/14328917.2024.2339001
K.T. Dovranov, M.T. Normuradov, K.T. Davranov, and I.R. Bekpulatov, “Formation of Mn4Si7/Si(111), CrSi2/Si(111), and CoSi2/Si(111) thin films and evaluation of their optically direct and indirect band gaps,” Ukrainian Journal of Physics, 69(1), 20–2563 (2024). https://doi.org/10.15407/ujpe69.1.20
B. Giroire, M.A. Ahmad, G. Aubert, L. Teulé-Gay, D. Michau, et al., “A comparative study of copper thin films deposited using magnetron sputtering and supercritical fluid deposition techniques,” Thin Solid Films, 643, 53-59 (2017). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.09.002
K. Mech, R. Kowalik, and P. Zabinski, “Cu thin films deposited by DC magnetron sputtering for contact surfaces on electronic components,” Arch. Metall. Mater. 56, 903-908 (2011). https://doi.org/10.2478/v10172-011-0099-4
B.H. Wu, J. Wu, F. Jiang, D.L. Ma, C.Z. Chen, H. Sun, Y.X. Leng, and N. Huang, “Plasma characteristics and properties of Cu films prepared by high power pulsed magnetron sputtering,” Vacuum, 135, 93-100 (2017). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2016.10.032
S. Du, and Y. Li, “Effect of Annealing on Microstructure and Mechanical Properties of Magnetron Sputtered Cu Thin Films,” Adv. Mater. Sci. Eng. 451, 969580 (2015). https://doi.org/10.1155/2015/969580
K. Sufryd, N. Ponweiser, P. Riani, K. Richter, and G. Cacciamani. “Experimental investigation of the Cu–Si phase diagram at x(Cu)>0.72”. Intermetallics. 19. 1479–1488. (2011). https://doi.org/10.1016/j.intermet.2011.05.017.
X.-X. Gao, Y.-H. Jia, G.-P. Li, S.-J. Cho, and H. Kim, “Diffusion and Interface Reaction of Cu/Si (100) Films Prepared by Cluster Beam Deposition,” Chin. Phys. Lett. 28(3), 033601 (2011). https://doi.org/10.1088/0256-307x/28/3/033601
B.M.C. Oliveira, R.F. Santos, M.F. Vieira, “ln Situ Annealing Behavior of Cu Thin Films Deposited over Co-W Diffusion Barrier Layers,” Appl. Sci. 12, 9778 (2022). https://doi.org/10.3390/app12199778
E.T. Moiseenko, V.V. Yumashev, R.R. Altunin, G.M. Zeer, N.S. Nikolaeva, O.V. Belousov, and S.M. Zharkov, “Solid-State Reaction in Cu/a-Si Nanolayers: A Comparative Study of STA and Electron Diffraction Data,” Materials, 15, 8457 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15238457
Авторське право (c) 2026 К. Довранов, М. Нормурадов, Х. Давранов, А. Хусанов, Г. Шодієв, Г.Т. Рузієва, Е. Карімов, Р. Йоркулов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
