2. Экспериментальные детали

TiN-Cu пленках, нанесенных на Si (100) пластин по PLD в потоке N ₂ (99,999%). Подробнее о процессе роста были зарегистрированы в других местах [10] . Пленки были получены из любого элементарного Ti и Cu (99,95%) целей или интерметаллических TiCu осадок с Cu: Ti концентрации коэффициент, равный 1. N ₂ парциальное давление (р (N ₂ )) варьировалась от 0,5 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар и 150 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар. В частности, три образца были выращены из элементарного Ti и Cu целевых показателей в рамках р (N ₂) = 0,5 ⋅ 10 ^{- 3} , 3,7 ⋅ 10 ^{- 3} и 150 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар (образец имена 0.5/Ti и Cu, 3.7/Ti и Cu и Cu 150/Ti и, соответственно, где Ti и Cu показывают элементарные цели) и один образец был выращен из интерметаллических целевой TiCu под р (N ₂ ) = 2,3 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар (название образца 2,3 / TiCu, где TiCu указывает интерметаллических цели). Кроме того, два TiN-Cu, выращенных либо целевой (т.е. интерметаллических TiCu и Ti и Cu элементарной цели) в соответствии с (N ₂ ) = 0, были использованы в качестве ссылки (название образца 0/TiCu и 0/Ti и Cu соответственно). В состав исследуемых образцах определяли с помощью электронной оже-спектроскопии (AES) [11] .

Cu- K -EXAFS измерения проводились при KMC2 beamline синхротронного излучения (СИ) объекта BESSY в Берлине. [12] спектры были записаны в выход флуоресценции (FLY) режиме с использованием энергетической дисперсии (Ронтек) детектор флуоресценции в Для устранения фона от предыдущего края Ti. Спектры EXAFS были зарегистрированы в диапазоне энергий 8920 до 9800 эВ. Угол падения рентгеновских лучей была равна 60 ^° и детектор был расположен нормально к пучку.5 мкм Cu-фольга была использована в качестве справочного и энергетической калибровки была выполнена с использованием край поглощения позиции спектров меди и никеля фольги. До процесса моделирования данных, атомно-абсорбционной вычитали с программой AUTOBK. Установка приступила к строительству необходимых структурных моделей с использованием FEEF8.4 код и установку экспериментальных спектров с помощью FEFFIT [13] .

3. Результаты

Преобразование Фурье (ФСТ) сырья и оборудованная к ² -взвешенный χ (к) Cu- K -EXAFS спектров TiN-Cu образцов, выращенных из элементного и интерметаллических цели показаны на рис. 1 . Четко решен структуры в ФСТ на расстояниях, превышающих 1-го ближайшего соседа оболочки (NN) показывает, что образцы характеризуются дальнего порядка. Поэтому установка была выполнена в трех оболочек Н. Н., т. е. на расстояниях до 0,5 нм от поглощающего атома Cu. Исходной моделью для анализа было то, что ГЦК-Cu, соответственно изменена. Более конкретно двумя различными путями, для Cu и Ti соответственно, были использованы для каждого Н.Н. оболочки. Начальная модель была построена при условии, что х % атомных узлы заняты атомами Си в то время как атомы Ti заменить медь в остальном (1 -  х )% сайтов. В дополнение к тому, что доля участков, занимаемых атомами Си предполагалось быть различными в трех оболочек Н. Н., т. е. х я в каждой я -й пп оболочки, соответственно. Подгоночных параметров были атомные проценты х я , Cu-Cu и Cu-Ti bondlengths (R _Cu-Cu и R _Cu-Ti ) и Дебая-Уоллера (DW) факторов в каждой из я -й снарядов пп.Результаты анализа EXAFS приведены в таблице 1 и привел ошибки определяются FEFFIT.

Рис. 1.  преобразование Фурье (ФСТ) из к ² -взвешенный χ (к) EXAFS спектров TiN-Cu образцов. Сырье и оборудованная данные представлены в точечно и тонкие сплошные линии соответственно. На вставке показана χ (к) EXAFS функции исходных данных трех образцов представитель.

Рисунок варианты

Таблица 1. Cu- K -EXAFS результаты изучены TiN-Cu образцов; х я степень заселенности атомов меди в I -й оболочки, R _Cu-Cu и R _Cu-Ti являются Cu-Cu и Cu -Ti расстояния и DW (Cu) и DW (Ti) являются Дебая-Уоллера факторов Cu и Ti, соответственно.

Образец		0/Ti и Cu	0.5/Ti и Cu	3.7/Ti и Cu	150/Ti и Cu	0/TiCu	2.3/TiCu
р (N 2 ) (10 - 3  мбар)		0	0,5	3,7	150	0	2,3
Цель		Elemental Ti и Cu	Elemental Ti и Cu	Elemental Ti и Cu	Elemental Ti и Cu	Интерметаллические TiCu	Интерметаллические TiCu
Первый ближайшего соседа оболочки	х 1(ат.%)	46 ± 5	63 ± 4	79 ± 3	100 ± 5	59 ± 4.	69 ± 5
	R Cu -Cu(нм)	0,250 ± 0,001	0,252 ± 0,001	0,252 ± 0,001	0,254 ± 0,001	0,252 ± 0,001	0,254 ± 0,001
	R Cu -Ti (нм)	0,250 ± 0,002	0,255 ± 0,002	0,258 ± 0,002	-	0,246 ± 0,002	0,253 ± 0,002
	DW (Cu) (10 - 5 нм 2 )	10,7 ± 0,6	10,2 ± 0,4	9,5 ± 0,4	10,9 ± 0,5	10,5 ± 0,4	11,4 ± 0,5
	DW (Ti) (10 - 5 нм 2 )	12,8 ± 0,6	26,2 ± 0,5	11,5 ± 0,4	-	13,3 ± 0,4	16,1 ± 0,5
Второго ближайшего соседа оболочки	х 2(ат.%)	61 ± 13	79 ± 21	75 ± 21	87 ± 20	37 ± 14	55 ± 9
	R Cu -Cu(нм)	0,363 ± 0,003	0,355 ± 0,003	0,358 ± 0,003	0,360 ± 0,003	0,376 ± 0,003	0,353 ± 0,003
	R Cu -Ti (нм)	0,348 ± 0,004	0,341 ± 0,004	0,361 ± 0,004	-	0,346 ± 0,004	0,359 ± 0,004
	DW (Cu) (10 - 5 нм 2 )	19,3 ± 0,6	31,8 ± 0,6	9,7 ± 3	12,2 ± 2,8	10,5 ± 0,4	5,7 ± 0,5
	DW (Ti) (⋅ 10 - 5 нм 2 )	6,4 ± 0,6	26,5	15,5 ± 3	-	24,1 ± 0,4	16,1 ± 0,5
Третий ближайшего соседа оболочки	х 3 (в%)	84 ± 36	61 ± 10	78 ± 13	63 ± 32	52 ± 7	52 ± 8.
	R Cu-Cu(нм)	0,446 ± 0,005	0,453 ± 0,005	0,442 ± 0,005	0,441 ± 0,005	0,444 ± 0,005	0,451 ± 0,005
	R Cu-Ti(нм)	0,452 ± 0,006	0,450 ± 0,006	0,442 ± 0,006	-	0,444 ± 0,006	0,456 ± 0,006
	DW (Cu) (10 - 5 нм 2 )	22,3 ± 2,1	17,5	18,4 ± 3	10,9 ± 3,2	13,3 ± 2,1	11,9 ± 2,7
	DW (Ti) (10 - 5 нм 2 )	28,8 ± 3,2	17,5	23,9 ± 3	-	20,0 ± 2,1	17,9 ± 2,7

Полная таблица размеров

Таблица вариантов

Анализ EXAFS раскрывает, что связь среду Cu в TiN-Cu фильма сильно зависит от условий роста. В частности, он показал, что атомы Ti заменить медь в ГЦК фазе Cu независимо от целевого используется. Тем не менее, степень заполненности атомов Ti в ГЦК решетке Cu сильно зависит от р (N ₂ ). В частности, как показано на рис. 2 (а), в пленках, выращенных с использованием элементарного цели, доля атомов меди (ат.%) в 1-й пп оболочки ГЦК Cu, увеличивается от 46 (± 5) до 100 (± 5) ат.%, когда р (N ₂ ) возрастает от 0 до 150 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар. Напротив, как показано в Таблице 1 , степень оккупации Cu атомного сайтов Ti во 2-й и 3-й Н. Н. оболочки такая же (в пределах погрешности бар) во всех TiN-Cu фильмов. В образце 150/Ti и Cu, выращенных в р (N ₂ ) = 150 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар, только атомов меди обнаружены во всех трех оболочек пп. Координационных чисел находят равное 12,0 (± 0,7), 5,2 (± 1,5) и 15,8 (± 5,2) в 1-й, 2-й и 3-й Н. Н. снаряды, соответственно. По данным EXAFS результатов анализа из кристаллического Cu-фольга, число атомов меди в 1-й, 2-й и 3-й Н. Н. оболочек должна быть 12, 6 и 24 соответственно. В таблице 1 , координационные числа и погрешности образца 150/Ti и Cu выражены в процентах ( х я в.%) из атомов меди во всех трех оболочек пп.

Рис. 2.  (а) изменение доли атомов меди (ат.%) в 1-й ближайшего соседа (NN) оболочки TiN-Cu фильмов; (б) увеличение Cu-Ti bondlength (R _Cu-Ti ) в 1-й пп оболочки Cu, как функция N ₂ давления (р (N ₂ )) во всех изученных TiN-Cu фильмов.

Рисунок варианты

Кроме того, Cu-Cu и Cu-Ti bondlengths также изменить как функции N ₂ давления. В частности, в эталонном образце 0/Ti и Cu (P (N ₂ ) = 0), R _Cu-Cu и R _Cu-Ti bondlengths равны 0,250 нм в 1-й пп оболочки Cu, т. е. значительно меньше, чем R _Cu-Cu в Cu-фольга (0,255 нм (± 0,001)). В образцах 0.5/Ti и Cu и 3.7/Ti и Cu, выращенных в р (N ₂ ) = 0,5 и Р (N ₂ ) = 3,7 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар, соответственно, Cu и Ti атомы находятся на одинаковом расстоянии от поглощающего атома Cu : R _Cu-Cu равен 0,252 нм (± 0,001) в обеих выборках, то есть незначительно меньше, чем в соответствующем Cu-фольга, и R _Cu-Tiоказывается равным 0,255 и 0,258 нм (± 0,002) соответственно, т. е. она не зависит от р (N ₂ ). В образце 150/Ti и Cu, выращенных в р (N ₂ ) = 150 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар, R _Cu-Cu bondlengths находят равное 0,254 (± 0,001), 0,360 (± 0,002) и 0,441 нм (± 0,003) в 1-й, 2-й и 3-й Н. Н. оболочки, соответственно, т.е. как в кристаллической Cu-фольга. Наконец, во всех образцах, полученных от элементарного целей (таблица 1 ), во 2-й и 3-й оболочки снарядов, Cu-Cu расстояния такие же, как в Cu-фольга (колеблется от 0.355-0.363 нм (± 0,003) и 0.441-0.446 нм (± 0,005), соответственно). Это также верно для Cu-Ti расстояния в 3-й Н. Н. оболочки, в то время, как показано в таблице 1 , во 2-й Н. Н. оболочки, P (N ₂ ) увеличивается, Ti атомы находятся на больших расстояниях (Cu-Ti расстояние увеличивается с 0,341 до 0,361 нм (± 0,004)).

При росте происходит от интерметаллических гранул, увеличение р (N ₂ ), от 0 (в эталонном образце 0/TiCu) до 2,3 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар (в образце 2.3/TiCu), дает незначительное увеличение в атомном процент от атомов меди в 1-й пп оболочки ( Таблица 1 ). Наконец, во 2-й и 3-й оболочки Н.Н., доля атомов меди равна (в пределах погрешности бар) в пленках, выращенных из TiCu гранул.

Другой вывод, который связан с ростом от интерметаллических TiCu гранул является модификация R_Cu-Cu и R _Cu-Ti bondlengths в 1-й пп оболочки. В частности, характерно, что в эталонном образце, выращенные из TiCu гранул под P (N ₂ ) = 0 (образец 0/TiCu), R _Cu-Cu равен 0,252 нм (± 0,001), т.е. лишь незначительно отличается от соответствующих в Cu-фольга 0,255 нм (± 0,001). Тем не менее, Ti-Cu расстояние найден равным 0,246 нм (± 0,002), то есть это самый короткий среди всех исследованных образцов. С другой стороны, в случае образцов, выращенных в 2.3/TiCu р (N ₂ ) = 2,3 ⋅ 10 ^{- 3}  мбар, как R _Cu-Cu и R _Cu-Ti равны 0,255 нм (± 0,001). Наконец, во 2-й Н. Н. оболочки, наиболее выраженные изменения обнаруживаются в эталонном образце 0/TiCu, где Cu-Cu расстояние значительно больше (0,276 нм (± 0,003)) по сравнению с Cu-фольга (0,259 нм (± 0,002 )). Что касается 3-го пп оболочки, то, когда рост доходов от TiCu гранул, Cu и Ti атомы находятся в той же (в пределах погрешности бар) расстояниях.