دانلود مقاله ویژگیهای ساختاری ، شیمیایی و ریختشناسی فیلمهای نانوبلوری نازک نیترید مس با افزودنی تیتانیوم

بخشی از مقاله

مقدمه
معدنی توجه زیادي را به خود معطوف کرده اند Cu3N . [1- 5]
فیلمهاي نیترید مس (Cu3N) بعنوان ماده جالبی در قطعات
مادهاي است که ترکیب شیمیایی آن به شدت تابع روش و شرایط
مختلفی مانند پیوند تونلی اسپینی، حافظههاي اپتیکی با ظرفیت
نهشت می باشد. از طرفی ترکیب شیمیایی آن به روش مشخصه-
بالا، نقاط کوانتومی مس و سلولهاي خورشیدي ترکیبی آلی-
یابی شیمیایی حساس است. این مادهي شبهپایدار در دماي بالاتر از

۴۳

250 C به Cu و N2 تجزیه میگردد. در سالهاي اخیر، رشد فیلمهاي ترکیبی سهتایی بر پایه Cu3N مانند (Pd, Cu)N، (Ti, Cu)N، (Ag, Cu)N گزارش شدهاند. .[6- 9]
در کار حاضر با استفاده از سیستم کندوپاش مگنترونی

DC از یک هدف آلیاژي دوتایی Ti13Cu87 در محیط نیتروژن فیلمهایی بر روي زیرلایههاي تکبلور سیلیکوارتز،کن (111)،
اسلاید شیشهاي و استیل در دو فشار نیتروژنی 0.4 و 0.8 Pa تهیه شدند. ویژگیهایی ساختاري و شیمیایی مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.

آزمایش و روشها

فیلمهاي نازك نیترید مس با استفاده از کندوپاش مگنترونی واکنشی DC از یک هدف آلیاژي دوتایی Ti13Cu87 بر روي زیرلایههاي تکبلور سیلیکون (111) در اتمسفر خالص نیتروژن و دو فشار 0.4 و 0.8 Pa نهشته میشوند. اتاقک سیستم کندوپاش از طریق پمپ هاي چرخنده و تربومولکولی تا فشار - Pa4

7  10 تخلیه میگردد. توان کندوپاشی، دماي زیرلایه و فاصله هدف- زیرلایه به ترتیب در 80 W ، 150 C و 19.5 cm ثابت میشوند.

مشخصهیابی ساختاري فیلمها بوسیله پراشسنج پرتو X (Siemens D5000) با تابش CuK در مد روبشی 2 انجام میشود. بر اساس فرمولبندي هاي نیمهتجربی پدیده کندوپاش،

نسبت اتمی تیتانیوم به مس در فیلم ها پیشبینی میشود. مقدار تراکم N در فیلمها با استفاده از مدلی بر اساس جذب شیمیایی محاسبه میشود.

شبکه Cu3N که با اتمهاي Ti اشغال شدهاند افزایش در ثابت شبکه [7] را بخوبی توجیه میکند. افزودن Ti در شبکه Cu3N

بعنوان یک بافر عمل میکندو منجر به افزایش نیتروژن افزوده در فیلمها میگردد که در توافق با این است که تمامی فیلمها داراي فوق تناسبعنصري N هستند.

شکل :1 دیاگرام XRD لایههاي Ti- Cu- N نهشتی بر روي زیرلایه Si (111) در

فشارهاي نیتروژنی مختلف، [7]

جدول -1 مشخصات تخلیه مگنترونی ( پتانسیل هدف کاتدي Vd و جریان تخلیه It )، ثابت شبکه (a0) و نسبت اتمی Ti:Cu در فیلمهاي Ti:Cu3N در فشارهاي نیتروژنی

مختلف

It (mA) Vd (V) PN2 (Pa)
a0 ( A )

3.8303 200 408 0.4
3.8362 220 382 0.8

نتایج و بحث

شکل 1 دیاگرامهاي پراش پرتو X فیلمهاي Cu3Nبا افزودنی (Ti :Cu3N ) Ti نهشته شده بر روي زیرلایه سیلیکون

(111) در دو فشار نیتروزنی مختلف را نشان میدهد. در فیلمها فاز شبه- Cu3N و بازتاب از صفحههاي (100)، (200) و (211)

متناظر با آن رخ میدهد. همینطور فاز مس نانیتریده و قلههاي بازتاب (111) آن بطور ضعیف دیده میشوند.
افزودن تیتانیوم به Cu3N افزایش در ثابت شبکه آنرا به همراه دارد. ساختار Cu3N در مرکز سلول واحد داراي جایگاه خالی است [1- 4]، اتمهاي Ti نمیتوانند در مرکز سلول Cu3N داراي تناسبعنصري قرار گیرند، [6] تشکیل جایگاه هاي تهی از درCu

ترکیب شیمیایی

نسبت اتمی Ti:Cu بطور تقریبی بوسیله رابطه زیر داده میشود
(1) As Y Ti Y Cu  Y rN [1  (R Y N2 c Ti Ti : Cu 
] ( Ti Ti Ti Ti . b
At YCuCu  YCuTi N YCurN  1  cbTi
Y N2
Cu
جمله اول مربوط به کندوپاش از هدف و جمله دوم به بازکندوپاش از هدف در اثر ذرات نیتروژن بازتابی (rN) و اتمهاي کندوپاشی رسیده به فیلم می باشد. cbTi غلظت Ti در سطح هدف است. Yji
محصول کندوپاش عنصر jام در اثر بمباران ذرات پرانرژي i ام و As

و At به ترتیب سطح زیرلایه و هدف می باشد. بمباران با N2+

معادل با بمباران با دو یون مجزاي N+ با نصف انرژي در نظرگرفته می شود. محصول کندوپاش داراي وابستگی انرژي و زاویهاي بصورت

۵۳

i

y  cki xi

Y ( E ,  )  Y ( E ) .S ( ) (2)
میباشد که E انرژي ذرات فرودي است.  زاویه پرش اتم هاي کندوپاشی نسبت به خط عمود بر سطح هدف است. وابستگی انرژي بوسیله اکشتاین و همکاران [8] بصورت زیر ارائه داده می شود

1) E )
(3) E th Y ( E )  q snK rC ( )

1) E
(
E th

که q، Eth ،  و  پارامترهاي وابسته به ماده هدف و یون فرودي هستند که در جدول 2 آورده شدهاند. Eth و ( snKrC(  به
ترتیب انرژي آستانه براي کندوپاش و توان توقف هستهاي می باشند.

توزیع زاویهاي اتمهاي کندوپاشی بوسیله یامامیورا [9] به صورت

S ( )  C o s  (1  C o s 2 ) (4)

پیشنهاد شد که  پارامتر برازش است. پارامتر برازش به جرم و انرژي بستگی ماده هدف، جرم و انرژي یون بستگی دارد و به صورت