The Influence of Layer Thickness and Deposition Conditions on Structural State of NbN/Cu Multilayer Coatings
Дата
2019
DOI
doi.org/10.21272/jnep.11(1).01003
item.page.thesis.degree.name
item.page.thesis.degree.level
item.page.thesis.degree.discipline
item.page.thesis.degree.department
item.page.thesis.degree.grantor
item.page.thesis.degree.advisor
item.page.thesis.degree.committeeMember
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Sumy State University
Анотація
The influence of the main physical and technological factors of structural engineering (layer thickness, nitrogen atmosphere pressure and bias potential) on the structural-phase state of the NbN/Cu coatings was studied. It was established that with an increase in the thickness of niobium nitride layers from 8 to 40 nm (in the NbN/Cu multilayer composition), the phase composition changes from the metastable NbN (cubic crystal lattice, NaCl structural type) to the equilibrium ε-NbN phase with a hexagonal crystal lattice. At low pressure PN = 7·10 – 4 Torr in thin layers (about 8 nm thick), regardless of the Ub, the NbN phase is formed. The reason for the stabilization of this phase can be the uniformity of the metallic fcc crystal lattice of the δ-NbN phase with the Cu crystal lattice. As the pressure increases from РN = 7·10 – 4 Torr to 3·10 – 3 Torr, a more equilibrium ε-NbN phase with a hexagonal crystal lattice is formed. An increase in the bias potential during deposition from – 50 V to – 200 V mainly affects the change in the preferred orientation of crystallite growth. In thin layers of the NbN phase (about 8 nm), a crystallite texture with the [100] axis is formed. In layers with a thickness of 40-120 nm, crystallites of the NbN phase are predominantly formed with a hexagonal (004) plane parallel to the growth plane. At the greatest layer thickness (more than 250 nm), the NbN phase crystallites are predominantly formed with a (110) hexagonal lattice plane parallel to the growth plane. The results obtained show great potential for structural engineering in niobium nitride when it is used as a constituent layer of the NbN/Cu multilayer periodic system.
Досліджено вплив основних фізичних та технологічних факторів структурного проектування (товщина шару, тиск атмосфери та потенціал відхилення) на структурно-фазовий стан оболонок NbN/Cu. Встановлено, що при збільшенні товщини шарів нітриду ніобію від 8 до 40 нм (в багатошаровій композиції NbN/Cu) відбувається зміна фазового складу від метастабільного NbN (кубічна кристалічна решітка, структурний тип NaCl) до рівноважної NbN фази з гексагональної кристалічною решіткою. При низькому тиску РN = 7·10 – 4 Торр в тонких шарах (товщиною близько 8 нм) незалежно від Ub відбувається формування NbN фази. Причиною стабілізації цієї фази може бути однотипність металевої ГЦК кристалічної решітки NbN фази з кристалічною решіткою Сu. При збільшенні тиску від РN = 7·10 – 4 Торр до 3·10 – 3 Торр відбувається утворення більш рівноважної NbN фази з гексагональної кристалічною решіткою. Збільшення потенціалу зміщення при осадженні від – 50 В до – 200 В в основному впливає на зміну переважної орієнтації зростання кристалітів. В тонких шарах NbN фази (близько 8 нм) формується текстура кристалітів з віссю [100]. У шарах товщиною 40-120 нм переважно формуються кристаліти NbN фази з площиною гексагональної решітки (004) паралельною площині зростання. При найбільшій товщині шарів (більше 250 нм) відбувається переважне формування кристалітів NbN фази з площиною гексагональної решітки (110) паралельною площині зростання. Отримані результати показують великі можливості структурної інженерії в нітриді ніобію при його використанні в якості складового шару багатошарової періодичної системи NbN/Cu.
Досліджено вплив основних фізичних та технологічних факторів структурного проектування (товщина шару, тиск атмосфери та потенціал відхилення) на структурно-фазовий стан оболонок NbN/Cu. Встановлено, що при збільшенні товщини шарів нітриду ніобію від 8 до 40 нм (в багатошаровій композиції NbN/Cu) відбувається зміна фазового складу від метастабільного NbN (кубічна кристалічна решітка, структурний тип NaCl) до рівноважної NbN фази з гексагональної кристалічною решіткою. При низькому тиску РN = 7·10 – 4 Торр в тонких шарах (товщиною близько 8 нм) незалежно від Ub відбувається формування NbN фази. Причиною стабілізації цієї фази може бути однотипність металевої ГЦК кристалічної решітки NbN фази з кристалічною решіткою Сu. При збільшенні тиску від РN = 7·10 – 4 Торр до 3·10 – 3 Торр відбувається утворення більш рівноважної NbN фази з гексагональної кристалічною решіткою. Збільшення потенціалу зміщення при осадженні від – 50 В до – 200 В в основному впливає на зміну переважної орієнтації зростання кристалітів. В тонких шарах NbN фази (близько 8 нм) формується текстура кристалітів з віссю [100]. У шарах товщиною 40-120 нм переважно формуються кристаліти NbN фази з площиною гексагональної решітки (004) паралельною площині зростання. При найбільшій товщині шарів (більше 250 нм) відбувається переважне формування кристалітів NbN фази з площиною гексагональної решітки (110) паралельною площині зростання. Отримані результати показують великі можливості структурної інженерії в нітриді ніобію при його використанні в якості складового шару багатошарової періодичної системи NbN/Cu.
Опис
Ключові слова
vacuum arc, period, bias potential, phase composition, structure, solid solution, вакуумна дуга, хімічні реакції, тверді розчини, потенціал зміщення, кристаліти
Бібліографічний опис
The Influence of Layer Thickness and Deposition Conditions on Structural State of NbN/Cu Multilayer Coatings / O. V. Sobol [et al.] // Journal of Nano- and Electronic Physics. – 2019. – Vol. 11, No. 1. – P. 01003-1–01003-5.