Термоиндуцированный массоперенос в поверхностных слоях на границах раздела плоскослоистых систем на основе переходных металлов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.18 ВАК РФ

НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМЫ НАУК УКРА1НИ ШСТИТУТ Х1МП ПОВЕРХН1

ВОЛОШКО СВ1ТЛАНА МИХАЙЛ1ВНА

УДК 669.548.55:537.312.62

ТЕРМ01НДУК0ВАНИЙ МАСОПЕРЕНОС У ПОВЕРХНЕВИХ ШАРАХ ТА НА ГРАНИЦЯХ РОЗД1ЛУ ПЛОСКОШАРОВНХ СИСТЕМ НА ОСНОВ1ПЕРЕХ1ДНИХ МЕТАЛ1В

01.04.18 - фпика 1 х!и1я поверхш

Автореферат дисертацп на здобуття паукового «пупеня доктора фпико-математичннх наук

Кшв -1998

Дисертащею е рукопис

Роботу виконано в Национальному техшчному ушверситеп Укра'ши "Кшвський полггехшчний шститут"

Науковий консультант: доктор ф1зико-математичних наук, професор СИДОРЕНКО СЕРПЙ 1ВАНОВИЧ, Нацюнальний техшчний ушверситет Укра'ши "КШ", завщувач кафедри ф1зики метал1в

Офщшш опоненти:

доктор ф1зико-математичних наук ГОРБИК ПЕТРО ПЕТРОВИЧ, 1нститут хшп поверхн1 HAH Укра'ши, провщний науковий сшвробкник

доктор ф^зикомшгмазшних наук КУДРЯВЦЕВ ЮИЙВОЛОдаМИРОВИЧ, 1нститут металоф1зики im. Г.В. Курдюмова HAH Укра'ши, провщний науковий сшвроб1тник

доктор ф1зико-математичних наук, професор

ОСТАФ1ЙЧУК БОГДАН КОСТЯНТИНОВИЧ, Прикарпатський ушверситет iM. Василя Стефа-ника, проректор

Провщна установа: Кш'вський ушверситет ¡м. Тараса Шевченка (ф!зичний факультет)

Захист вщбудеться "о£У" 09 1998 р. о годин! на засщанш спец1ал1зованоТ вчено! ради Д.26.210.01 в 1нституп xiMii поверхн1 HAH Укра'ши за адресою: 252022, КиТв-22, проспект Науки, 31

3 дисертащею можна ознайомитись у б!блютещ ¡нституту xiMii поверхн! HAH Укра'ши (Кшв-22, проспект Науки, 31)

Автореферат розшланий "_

Вчений секретар спешал!зовано1 вченоУ ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть проблеми. Подалыдий розвиток багатьох галузей м^кропри-гадобудування та електронно'1 техщки визначаеться широким використанням 5агатошарових пл!вкових систем, одержаних конденсащею у вакуумь Стабшь-псть роботи шпвкових елеметтв мжроприлад1В у значнш м1р) залежить В1Д ¡мо-мрносп розвитку дифузШних процес1в в ум о в ах терм^чно! дй рЬного походжен-1Я. Особливосп механизму i кшетики термошдукованого масопереносу до по-¡ерхш компонентов багатошарових шпвкових систем при цьому обумовлеш ма-гими товщинами шар1в, високим ступеней дефектносп структури, розвинутою .пжзеренною поверхнего, суггевими концентрацшними та фазовими неод-юрадяостями.

Технолопчш операцп зиготозлення шнзкових структур та 5х подальша експ-[уатащя проводиться, як правило, при вцщосно низышх температурах (373-^923 К). (агальш законом]рност1 дифузшних процеав в плоскошарових системах :убм!кронних товщин, зокрема у поверхневих шарах 1 на границях роздшу, в цш емпературюй облага не можна вважати остаточно встановленими. Кшьисть юбгг, опублжованих за останш 10 роюв в галуз! шпвкового мaтepiaлoзнaвcтвa, в ому числ! присвячених дифузшному масопереносу, досить значний. Проте пе-1евага надаеться вивченню двошарових систем, я и е бшыц простими як с точки ору проведения експерименту, так 1 математично! обробки одержаних резуль-ат1в. Щодо дослщжень багатошарових шпвкових композицш, то Ух обсяг досить бмежений. Тому завдання дослцркення механизму та юнетики термошдукова-юго масопереносу в дво- та тришарових системах, яю' входять до складу чоти-ишаровоГ композици та мають безпосередне практичне застосування, е акту-льною як у науковому, так i в практичному вдаюшеннях.

Ввдкритгя нового класу матер1ашв - високотемпературних надпровщшшв ВТНП) розширило коло обговорюваних завдань. Перспектива використання л!вхових ВТНП в м1кроелектронищ поставила вимогу розв'язання не тальки ауковоУ, але 1 важливоГ технолопчно!' проблеми - розробки стабшьних контакпв ВТНП-метал", вир!шення якоТ значною м!рою визначатиме надшшсть роботи рилад!в з ВТНП-елементами. Однак, 1 в цьому випадку виршальне значения абувають дифузшш процеси на границях розд1лу в системах "ВТНП-метал", яю ожуть приводити до порушення надпрозщних властивостей як у поверхневому юр!, так 1 в об'ем1 ВТНП-матер1алу.

В останш роки сформувався ще один новий напрям фiзичнoro матер!ало-тавства, який пов'язаний з цшеспрямованим створенням ушкальних за сво'хми гсастивостями "поверхневих сплав1в" шляхом дифузшноГ взаемодп компонента приповерхневих шарах. Мехашзм формування таких сплав ¡ в потребуе деталь-ого вивчення, що також шдтверджуе актуальность поставлених у робой задач.

Мета роботи полягае у встановленш законом1рностей термо1ндуковано] масопереносу при вщносно низьких (373+923 К) температурах у поверхнев* шарах та на границах роздшу шпвкових систем з металевими та металоксидша шарами.

Основн! науков1 завданяя досл'шженнн.

1. Рпдення другого р1вняння Фпса у рамках модел'1, яка враховуе факт обмеж ко!' чи необмежеко'{ розчинност1 компонента, залежшсть або незалежшс коеф1Ц1ент1в дифузп в!д концентрацц, вщмшшсть коефщенпв дифуш ко; поненту у р1зних контактуючих шарах.

2. Розробка метод1в розрахунку коефвденпв дкфузп компонентов у плоскош рових системах за даними мас-спектрометра вторинних юшв та електронк оже-спектроскопп.

3. Розвиток методу розрахунку коефвдента дифузи у тонкошивкових систем: 13 використанням експериментальних даних, одержаних при aнaлiзi "повер невого накопичення".

4. Розробка моделей та вивчення закономерностей тepмoiндyкoвaнoгo масоп реносу в поверхневих шарах 1 на границях розд1лу багатошарових тонких м талевих гшвок та систем "ВТНП-метал" при вщносно низьких (близы 0,ЗТ,ш) температурах.

5. Встановлення впливу процеыв, я о мають мюце на вшьнш (зовшшнш) п верхш, на кшетику та мехашзм масопереносу компонентов в плоскошаровз системах.

6. Визначення впливу додаткових шар1в, нанесених на поверхню двошаров] тонкошивкових систем, на розвиток дифузшних процеЫв в таких системах.

7. Виявлення рол1 концентрацшних неоднорщностей, викликаних дом1шковт атомами, у формуванш дифузшно-бар'ерних шар1в.

8. Анал13 концентращйних розподшень компонент в поверхневих шарах об'елп яшвок складу УВа2Сиз07.х субмкронних та м'исронпих товщин, оде жаних р!зними методами.

9. З'ясування впливу терм1чно1 ди р1зного походження на розвиток дифузшви процеав в поверхневих шарах системи УВагСизОу.*.

Методи дослмжень. Оскшьки на сьогодш вщсутнш ушверсальний мел пошарового анал1зу складу шнвок у широкому Д1апазо$ц 1х товщин, дослщжен: проводилися у трьох напрямах. Це, насамперед, використання методу ма спектрометра вторинних юшв (МСВ1). Цей метод дозволив провести пошаров! анал!з х!М1Чного та 1зотопного складу в субмкронному доапазош товщин п верхневих шар1в 1 тонких гшвок.

По-друге, вивчення Х1м1чного складу тонких (~0,5 нм) поверхневих шарш ы тодом ЕОС - електронноТ оже-спектроскопп (при цьому глибина диф>шйно1 зов яка може бути дослщжена при пошаровому алашз1, не перевищувала 200 нм).

Третш напрям дослщжень базуеться на вилпрговапш кшькосп речовини, яка шкопичуеться на вшьшй поверхш зразка в процесс дифуз1йного вщпалу.

Використовувались також рентгеноструктурний та шип ф1зичщ методи Юслщжень - резистометричний, магштооптичний, електронограф1чнкй. Ком-тлексне використання цих метод1В дозволило провести експериментальш гослщження законокирностей та ганетики масопереносу в шпвках з р1зними говщинами шар1в I в поверхневих шарах ВТНП-матер1ал!в при зовншшх впли-зах р13номаштно'1 природи.

Наукова новизна роботи. Запропонсвано модель дифузшно! задач! I шдх1д три ршенш другого р1вняння Фжа для плоскошарових систем, яи враховують ракт обмежено'1 чи необмеженоТ розчинносп компонента, залежшсть або неза-1ежшсть коефвдентчв дифузИ вщ концентрацп, ввдмшшсть коефвденпв дифузп сомпоненту у р!зних контактуючих шарах. На основ! отриманих ршенъ розра-совано коефхщенти дифузи у тонкопл1вкових системах Т1-А1, Сг-Си, Си-

№-Аи з використанням методу моделювання концентрацшних профшв за щннми мас-спектрометри вторипних ¿ошв I електронно! оже-спектроскопи.

Запропоновано феноменолопчну схему опису взаемно! дифузп по систем! герухомих граничь зерен з иаступним прискореним розподшенням потоку ди-¡)узанта по поверхш двошарових систем при вщносно низьких (порядку 0,3 Т^-,) температурах. Розраховано коефЩенти дифузП' по кривих "поверхневого нако-шчення" компонента в системах М-Р!, Сг-Си-№-Аи, "УВа2Си307.х - А^' ¡а даними електронно!' оже-спектроскопп.

Експериментально шдтверджено та розвинуто "багатостадшну модель" дифузп ж сукупшсть процеав термошдукованого (при температурах порядку 0,3 Тпл) ма-;опереносу, що розвиваються у плоскошарових гапвкових системах субм1кронних :овщин, а саме:

- масоперенсс по границях зерен;

- дифузпо з границь до об'ему зерен;

- процеси на поверхш.

Токазано, що процеси на поверхш також вщбуваються у дегалька стадШ:

- вихщ атом!в дифузанту по границях зерен на поверхню;

- накопичення дифузанту на границях зерен та у приповерхневому шар!;

- вихщ атом1в дифузанту з об'ему зерен матриц! на зовшшгао поверхню;

- розтшання дифузанту за механ!змом поверхневоТ дифузн;

- формування на зовшшнш поверхн! об'емноТ фази дифузанту чи його сполук.

Вперше встановлено, що особливосп термо!ндукованого масопереносу, яга

шзначаються "багатостад!йною моделлю" в металевих шпвкових системах, ма-оть мшце ! для систем "ВТНП-метал".

Встановлено законом!рноеп впливу додаткових (до дво- та тришарових систем) поверхневих шар!в на кшетику та мехашзм термошдукованого масоперено-

су у три- та чотиришарових тонкошйвкових системах субмшронних товхцин пр! температурах 373+773 К, як! проявляються у:

- зниженш границ! IX терм1чно"1 стабильности

- шдвищенш вм!сту дифундуючих елеменпв у приповерхневому шар!;

- бшып штенсивному розмитг! концентрацшних розподшень компонент!в н; границях IX розд1лу;

- розвитку дифузшнкх процеав за об" емким мехашзмом на раншх стадаях в!дпалу

Показано, що процеси фазоутворення на границях роздшу !з шаром металу високою спор!днен!стю до кисню можуть приводити до формування перехщш: шар!в товщиною порядку' 0,02-5-0,04 мкм - дифуз1йних бар'ер!в складного складу вм!щуючих кисень та вуглець, яи блокують масоперенос компонента до по верхш багатошарових пл!вкових систем.

Вперше виконано пор!вняльний анал13 концентрацшних розподшень компо кент!в у позерхнезих шарах ! на границях розд!лу тонкопл!вкових систе! "ВТНП-метал" (де метал - Ag, Т!, Мо, Мз, А1, Та, V). Визначено штервал! терм!чно-1 стабшьносп металевих контакт при в!дпал! у вакуум! та в атмосфер в ¡нтервал! температур 373-^923 К.

Методом електронно!" оже-спектроскопп вивчено концентрацШш роз подшення компонент в поверхневих шарах керам!ки УВагСизС^-х при вплив лазерних !мпульс!в р!зноУ потужност!. Встановлено, що процеси масоперенос; при цьому визначаються густиною енергп опромшення та д!аметром лазерног променю у зон! обробки.

Практичне значения роботи. Отримаш в робот! науков! результата ! всте новлен1 ф!зичш законом!рност! мають практичний штерес для вдосконаленн режим!в створення потр!бних структурно-фазових стан!в у тонкопл!вкових тех нолопях електронно'! промисловост1, а також в галуз! нанотехнолопй.

Запропонована "багатостад!йна модель" дифузп дозволяе прогнозувати ро-виток дифузшних процес!в в багатошарових металевих конденсатах субмшро! них товщин при 1х використанн! в умовах вщноско низьких (порядку 0,ЗТп, температур.

Безпосередшй практичний !нтерес становлять:

- розроблеш режими одержання тонкопл!вкових систем Си-М, як! забезпечукл вщгворення ч1гких границь роздшу м!ж шарами як наслщок, — вщгворюва! н!сть електроф!зичних властивостей;

- встановлеш причини порушення експлуатацшних властивостей багатошарс вих композицш "адгез!йний тдшар — Сц-№ — захисне покриггя";

- експериментальн! дан! щодо границь терм!чно1 стабшьност! для ряду пл!вк< вих систем, яю мають промислове використання;

- визначеш коеф!щенти дифуз!!' компонент металевих пл!вкових систем пр температурах початкових стадш масопереносу.

В po6ori отримано також експериментально результата, як1 можуть мати практичне значения при в1дпрацювашп технологш виготовлення шпвкових ВТНП-елемент1 в i стабшьних контактов "ВТНП-метал".

Запропоноваш методики дослщження дифузшних процесов в тонких поль кристал1чних пл1вках метал1в використовуються в учбовому процес1 у Национальному тсхшчному ушвсрсигето У крап га "Кшвський полотехшчний ¡нститут".

Перспективпий науковий напрям. розвинутий в po6oTi, полягае в з'ясуван-ш впливу терм1чноГ дп pi3Horo походження на мехашзм та юнетику дифузшних процеав у багатошарових шпзкових системах та визначенш рол! ф0зико-х1м:ч-ного стану 30BHiniHb0i поверхш у розвитку термошдукованого масопереносу компонента в таких системах.

Особистий внесок автора: наукова постановка цшей та задач дослвдження, планування шляхов ix виршеиня; наукове обгрунтування вибору об^ктов досладження; розробка подход! в та алгоритмов розрахунку дифузшних пара-метр1в; моделювання теоретичних концентрацшних профшв р!зного типу та i'x математична обробка; розробка методик експериментальних дослоджень; проведения експеримент1в; анатз результат; ¡нтерпретащя та узагальнення отрима-них даних; створення теоретичних моделей.

Основн1 ¡деТ та науково висновки належать особисто автору.

Результата робота е новими.

Апробащя роботи. OcHOBHi результата робота обговорювались i до-повщались на: X Всесоюзному симпозиум! по електроннш будово та ф1зико-Х1м!чним властивостям важкоплавких сполук i сплав1в (Львов, 1983); Всесоюзной конференцп "Ф1зичш методи дослщжень поверхн1 i д!агностика MaTepianiß та елементв обчислювальноо' техшки" (Кишишв, 1986); XX Всесоюзшй конференцп "Електронш виморювальш системи — 3aci6 ¡нтенсифкацп народного гос-подарства" (Братислава, Чехословаччина, 1987); V М1жнароднш конференцп "Мокроелектронока" (Братислава, Чехословаччина, 1989); XIV Всесоюзшй кон-ференци по електроннш мокроскопп (Суздаль, 1990); XXXV М1жнародшй конференцп "Internationalen wissenschaftlichen kolloqium der Technischen Hochschull Ilmenau" (Ьгьменау, Германш, 1990); 1 Всесоюзшй школьсемшар1 "Структурна та xiMiHHa мкронеоднорщшсть у матер5алах" (Кшв, 1990); V Украшськш конференцп "Физика i технолопя тонких шпвок складних нашвпровщштав" (Ужгород, 1992); IV МожнароднШ конференцп по ф1зищ та технологи тонких шпвок" (1вано-Франк1вськ, 1993); IV МЬкрегюнальнш нарадо "Тоню плшки в елек-трошщ" (Москва, 1993); XI Всесоюзшй конференцп "Взаемодоя юшв з поверх-нею" (Москва, 1993); V Можрепональнш науково-техшчопй конференцп "Тоню пловки в м1кроелектронщ1" (Москва — Йошкар-Ола, 1994); Мгжнародному симпозиум! "Materials research society" (Бостон, США, 1994); XV М0жнародшй конференцп "European conference on surface science"(JIeftnnir, Гермашя, 1994); III

Черкаському семшар1 стран сшвдружносп "Актуалый питания дифузп, фазових та структурних перетворень у сплавах" (Сошрне, 1995); XV М1жнароднш кон-ференщ! "European conference on surface science-ECOSS 15" (Лшь, Франщя. 1995); V М1жнароднш конференцп "European conference on advanced materials, processes and applications, EUROMAT 97" (MaacTpixT, Голандш, 1997); М1жна-роднш конференцп "International workshop DIBOS 97, Grain boundary diffusior and grain boundary segregation" (Москва, 1997).

Зв'язок робота з науковими програмами, планами, темами. Результата дослщжень використан1 при виконанш роб1т по проектах № 2218/4 "Створенш стабшьних металевих контак-пв до тонкошпвкових високотемпературних над провадютав" i № 2092 "Лазерно-стимульований масоперенос та перерозподи компоненте б поверхневих шарах ВТНП-системи YBaCuO" ]Шшстерства ocsiTi Укра'ши; № 4.3/61 "Ф1зико-х1М1Чш прсцеси конденсацп та терм1чноТ обробки ба гатошарових тоакошпвкових систем" i № 2.2/39 "MexaHi3M i кшетика взаемно дифузп в низькорозм1рних багатошарових тонкошивкових системах" Державно го фонду фундаментальних дослдасень; № 4.4/255 "Термостимульований масо перенос в субмкронних структурах" Мшктерства Украши у справах науки технологш.

Публжзцп. Магергали дисертаци викладено у 48 наукових публкащях, ; тому HHcni однШ монографп та 24 статтях.

Структура i обсяг дисертаци. Дисертащя складаеться i3 вступу, чотирьо: глав, висновюв i списку лтератури. Повний обсяг - 257 сторшок, з них 20: сторонок друкованого тексту. Дисертацш мае 40 таблиць, 94 рисунки б1блюграф!ю - 260 праць.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У BCTyni обгрунтовано актуальшсть теми дисертаци, викладено мету та зав дання дослцркення. Дано стислу характеристику основних результатов робот* показано i'x наукову новизну та практичну цшшсть.

В першш глав! викладено методичш основи дослцркень.

Основними експеримеитальними методами дослщження у робоп були еле! тронна оже-спектроскошя та мас-спектрометр^я вторинних ioHiB, яи е найефеь тившшими з точки зору поеднання методики юльшсного анашзу та високог р1зню пошарового роздшення з можливктю досл!дження р13номаштних тип] дифузшних режшив у тонких пшвках.

Використовувались також структурш та imui фiзичнi методи дослщжень:

- рентгеноструктурний анализ (прецизШне визначення лараметр1в кристал1чн< гратки, фазовий анал5з);

- електронограф1чний анал!з (aнaлiз мпсроструктури, оцшка po3MipiB зерен

елеменпв топологи noBepxHi, фазовий анализ, визначення napawerpiB кри-стал!чноТ гратки);

- металографш;

- магштооптичний метод (намаппчешсть насичення, коерцитивна сила);

- методики дослщження електроф!зичних властивостей (резистометр1Я в широкому штервал! температур вщ 100 К до 923 К, визначення температури переходу до надпровщного стану).

Комплексне використання вказаних метод!в дозволило реал!зувати значний |бсяг дослщжень закономерностей та инетики масопереносу в гинвках р1зних овщин i поверхневих шарах металоксидних матер^&гив при 30BHiumix впливах |1зного характеру. Отримання р!зномаштноТ шформацп про структуру, фазовий a xiMi4HHfl склад, ф!зичш властивост! об'етв дослщження за допомогою ви-цезгаданого комплексу метод!в забезпечило пщвищену надшшсть та дос-OBipHicTb експериментальних результате та висноветв робота.

Задач!, поставлен! в дашй poGoxi, привели до необхщност! розвитку вщпо-эдного аларатурно-методичного забезпечення. У зв'язку з цим була здшснена годершзащя електронного оже-спектрометру 09ЮС-10-005. Встановлений до-¡атково пристрой забезпечував названия об'екпв дослщження до задано! тем-сератури дифузшного вщпалу у д1апазош 3734-1073 К i при необхщност! табшзацпо uie'i температури з точшстю ± 1 К. При цьому збершалась мож-[ив1сть реестрацн спектр!в оже-електрошв як у npoueci narpisy, так i в режим! ¡щпалу при постшнш температур!. Система автоматизащ'1 на баз! комп'ютера ВМ PC з процесором Pentium-120 дозволила забезпечити оперативне керування гараметрами спектрометру, реестращю та обробку оже-спектр!в, проведения юшарового анал1зу одночасно за шести компонентами i3 дискретшстю по гли-¡ит не ripme ± 1 нм. Пошаровий анатз проводився шляхом травления поверхш разк1в пучком юшв аргону з енерпею 3 кеВ i густиною струму 400 мкА/см2.

Проведена модершзашя дозволила використати метод "поверхневого нако-гачення" для визначення параметр1в дифузЙ кожного з компонент багатоша-ювих тонкопл1вкових систем. В npoueci ¡зотерм!чного вщпалу вим1рювалась нтенсившсть струму оже-електрошв елементу нижнього шару на поверхш тон-юганвково!' композицп (наприклад, Pt - на поверхш Ni у систем! Si02/Pt-Ni). ^нашз форми та штенсивност! пшв оже-електрошв в дослщжуваних системах i ¡талонах дозволив провести розрахунки кшетики накопичення дифузанту в по-[ерхневому шар! товщиною близько 0,5 нм. Метод "поверхневого накопичення" шерше використано для визначення коефвденпв дифуз!!' у тонкошпвкових сис-емах "ВТНП-метал".

Для локальних дослщжень методом ЕОС був застосований серШний растро-1ий електронний оже-спектрометр "JAMP-10c". Реестрац!я диференцшних оже-neicrpiB проводилась при наступних параметрах: вакуум — 2-10"8 Па; енерпя i

струм первинного пучка електрошв Ер = 10 кеВ, 1р = 10'6 А, розм1р електронного зонду — 100 нм та 100 мкм; роздшення по енерги Е/Ер = ЮЛ.ЛО"4. В статичному режим! анал1зу глибина шформацшного шару складала 0,5... 1,0 нм в залежност! вад ан&шзуемого елементу, Пошарове динам1чне розпилення з метою отримання концентрацшних профшв проводилося юнами аргону з енерпею 3 кеВ.

Розрахунок концентрацш елемештв проводився за амшптудами високоенер-гетичних диференцшних оже-сигнал1в з використанням фактор1В елементно'] чутливосп.

Чутливють анал!зу за основними компонентами оцшювалась як 10"1 ат.%, за домшками — 10"2 ат. %; точшсть методу ± 15 %.

Пошаровий анал1з методом мас-спектрометрп вторинних ¿он'ш проводився на установц! МС 7201М з використанням первинних !он!в Ах1" з енерпею 4 кеВ та густиною струму 0,4 мА/см2 у вакуум! 10'6 Па. МСВ1 використовувся ! як метод х1м!чного анал!зу поверхн! матер!ал!в. Розшифровка мас-спектр!в проводилась для вторинних юшв р!зних тип!в: однотипних !он!в основного матер!алу; !он!в атом!в домшок; юшв х!м1чних сполук, в тому чист сполук основного ма-тер!алу з киснем, азотом, воднем та ¡ншими дом!шками.

Рентгенограф!чн! дослщження фазового складу ! кристатчио!' структур! зразк!в проведено з використанням методу рентгешвсько!' дифрактометри (рент-ген!вський дифрактометр загального призначення ДРОН-УМ1). Використовува-лося монохроматичне Сик^ - виггром!нювання.

Питомий електрооп!р конденсапв у процес! термообробки при температура) порядку 373-г873 К у вакуум! 10*4 Па вим!рювався за стандартною двозондовок методикою.

Для вим1рювання основних надпровадних параметр!в ВТНП-об'екпв (темпе ратура Тс та ширина ДТС надпров!дного переходу, густина критичного струму 1С а також питомий електроотр при температурах 100 К та 293 К) використовував ся стандартний чотиризондовий метод на пост!йному струмь

Для дослщження дифузп в пл!вкових композищях, ям м!стять шар феро магштного металу використовувався магн!тооптичний метод, заснований на ме рид1анному ефекп Керра. Використання лазеру в якост! джерела ви пром!нювання з довжиною хвата 0,63 мкм, дозволило вивчити поверхнев! шар] 0,05 мкм) об'еюйв дослцркення. Похибка визначення вщносного змшення на магн1ченост! складала 2+4 %.

До оригшальних аспект апаратурно-методичного забезпечення дослщжен можна вцщести: використання метод!в ЕОС та МСВ1 для побудови концен трацшних профшв у багатошарових системах субмшронних та нанометрови товщин; використання неруйшвного методу "поверхневого накопичення" дифу занпв у поверхневому шар! товщиною ~ 0,5 нм за даними ЕОС; дослщженн ф!зико-х!м!чного стану поверхневих шар1в металевих та металоксидни

;пнвкових систем; вимфювання електроф!зичних властивостей ВТНП-матер!ал1в 1ри температурах рщкого азоту; використання р1шень другого ровняння Ф1ка для юбудови концентращйних профшв у шарах субмжронних товщин за даними |>1зичних вим!рювань.

Обробка експериментальних даних та р1зш види обчислень були виконаш з зикористанням ПЕОМ на баз1 Репйит-120.

У другш глав! розглянуто математичш методи розрахунку парам етр1в дифузп у плоскошарових шпвкових системах.

Використання в данш робота експериментальних метод1в пошарового ан&тоу -МСВ1 та ЕОС - для вивчення таких специф1чних об'екпв, якими е тонга шпвки, привело до необхщност! не тшьки критичного анализу ¡снуючих методов кшыасно!" отерпретацп" даних дифузшного експерименту, але 1 !'х подальшого розвитку.

Запропоновано модель дифузшно!" задач1 г пцшд при ршенш другого э1вняння Фжа для плоскошарових систем, яга враховують як факт обмежено!" чи геобмеженоТ розчинносп компонентов, так 1 залежшсть або незалежшсгь ко-:фвденгш дифузп вщ концентрацп. Кр1м того, враховуеться вщмшшсть ко-зфщенпв дифузп даного компоненту у р1зних контактуючих шарах. Зокрема, для 1вошарово1 системи вводяться чотири параметри, ям мають такий змют: Бц — <оефщ1ент дифузп першого компоненту в першому шар! при умов1 поспйно зро-зтаючо!" концентрацп другого компоненту; Бп — коефвдент дифузп першого сомпоненту в другому шар! для випадку, коли концентращя другого компоненту ¡меншуеться; 022 — коефщ!ент дифузп другого компоненту в другому шар! при гаов! постшно зростаючо!" концентрацп першого компоненту; Б21 — коефпцент щфузи другого компоненту в першому шар! при умов! того, що концентращя тертого компоненту поспйно зменшуеться.

Для побудови концентращйних розподшень по товщиш двошарово; ипвково!" системи, використаний проекц!йно-с!тковий метод, який в!дзначаеться шгортшчною простотою та ун!версальн!стю. 1дея методу полягае в наступно-лу. Система умовно розбиваеться на тонк! плоско-паралельш шари: N шар!в по говщиш першо!" пл!вки та М шар1в по товщин! другоТ. При цьому вважаеться, що ¡мшення концентрацп в кожному з видшених шар1в лшшно залежить вщ коор-щнати. Значения концентрацШ на лпийних дшянках шдсумовуються окремо по говщиш першоТ та друго!" пл!вок ! друге р!вняння Ф1ка вир!шуеться з врахуван-1ям прийнятоТ лшшноТ апроксимацП реально!" концентрацшноТ криво!" в рамках ¡апропоновано!" модел1 дифуз!йно!" задач! при певних початкових, крайових та раничних умовах.

Моделювання концентращйних проф!л!в на основ! одержаних р!шень ивняння дифузп проведено для р!зних часових !нтервал!в, коефвдента дифуз11 :а сшввщношення товщин шар1в пл!вкових систем.

Проведено пор!вняльний анал!з можливостей застосування ршень другого

pieKHHiM Фка, запропонованих у дашй робот1, а також ршень Кранка та Берре-ра. Концентрацшш розподшення, отримаш за ршенюши Кранка та Беррера при pi3HHX значениях коефвденпв взаемодифузп завжди центр ально-симетричш вщносно точки перетину ординати, яка дор1внюе половин! початково'1 концентра^', i абсциси, яка визначае початкову границю роздшу niapiB. Тому побуду-вати за цими решениями концентрацшш пpoфiлi, яи були б адекватш експери-ментально зареестрованим неможливо.

Запропоноваш ршення дозволяють враховувати р!зний характер дифузп компонент1в в контактуючих шарах, отримувати несиметричш концентрацшш розподшення i, як наслщок, описують процес дифузп у плоскошарових системах бигсьш коректно, шж ршення у рамках модел1 з коефнцентом взаемодифузп, що не залежить вщ концентрацй (наприклад, ршення Кранка чи Беррера).

Запропонована нами модель мае б1лын широи можливосп використання, осыльки вона дозволяе враховувати будь-яку залежшсть коеф1щенту дифузц В1д концентрацй. Використання проекщйно-сггкового методу дозволило пщвшцити точшсть визначення дифузшних napaMexpiB.

3 використанням одержаних pimeHb другого р1вняння Фка виршувалась i обернена задача: визначення параметр1в дифузп шляхом пор1вняння теоретич-них концентрацшних розподшень, отриманих при р!зних значениях Бц, Di2, D22, D2i, з експериментально встановленими. Методом комп'ютерного "перебору" досягався найкращий 36ir розрахунковоТ та експериментально! кривих ¡з враху-ванням фактору fl0CT0BipH0CTi (R). Оптикпзацш значень розрахункових змшних проводилася шляхом "сгасових nomyKiB" при yMOBi, що R-фактор е квадратичною функщею коефпценту дифузп.

Використання такого методу дозволило отримати кшыасш дифузшш дат для тонкошивкових систем Cr-Cu, Cu-Ni, Ni-Au, Ti-Al (табл. 1).

Для визначення коефвдент дифузп в тонкошивкових системах Ti-Al i Ti-Ag за даними електронноТ оже-спекгроскопп та мас-спектрометрй вторинних ioHiB використовувався також аналтганий метод "серединного град1енту" Холла-Морабио. Цей метод обробки концентрацшних кривих дозволяе враховувати ступшь початковоТ (до термообробки) дифузп i досить просто ощнювати ко-ефщенти об'емноГ дифузц. Зокрема, встановлено, що для системи Ti-Ag ко-ефщоенти об'емноУ дифузп (Do6) атом!в Ag в шпвку Ti у температурному ¡нтерваш 373^573 К знаходяться в межах 1,3-И7,8-10-16 см2/с. Використання мо-дел1 Ушпла-Ф1шера для анал1зу експериментальних профшв концентрацй Ag у координатах In С= Дя6'5) при вщомих значениях D0s дозволило визначити до-буток коефщ1ента зерногранично! дифузп (D3r), ширини гранищ зерен (5) та ко-ефвдента сегрегащ'Г розчиненого компонента (К) для даного випадку — К8 = 4-г 79,2-1 (Г24 см2/с.

Суттева увага в робой придшена також методу дослщження дифузшних

гтроцеслв в тонких шарах, який не потребуе пошарового анал1зу I заснований на вим1рюванн1 безпосередньо кшькост1 речовини, яка накопичуеться на вшьнш (стоковш) поверхт пл!вки в процесп дифузшного вщпалу.

Таблиця 1 -

Коефвденти дифузп для систем Си-№, Т!-А1, Сг-Си, №-Аи, отримаш методом комп'ютерного "перебору"

Система Т, К (т=900 с) Оц, см2/с Вп, см /с Т>гг> см /с В2\, см2/с

Си-№ Си-»Си Си->М №->Си

573 2-Ю'14 З-Ю"13 4-Ю"15 6-ю-15

673 5-Ю'14 6-Ю"13 2-Ю"14 9-Ю"14

773 14-Ю'14 1-10-" 8-Ю-14 3-Ю-15

Т1-А1 Т1— Т!—>А1

773 4-Ю"16 6-Ю-16

823 8-Ю"16 8,5-Ю"15

923 3-Ю-16 9,5-10'16

Сг-Си Си-»Си Си-»Сг Сг-»Сг Сг-»Си

373 3-Ю-'5 1,7-10'15 7,5-10-15 2,6-10"15

573 4,5-10"15 3-10'15 8,2-Ю-'5 з,ыо-'5

№-Аи Аи—>Аи Аи-»№ №-»Аи

373 8,4-10"14 2,3-10"15 1,85-Ю"14 1-ю-14

573 9,2-10"14 6-Ю'15 9-Ю'14 2,2-10'14

Метод "поверхневого накопичення" використаний для визначення ко-ефвденпв дифузп кожного з компонента двошарових тонкошивкових систем №44 та Р^М. Застосування ршення р1вняння дифузи, запропонованого Хван-гом та Баллуф1, дозволило отримати тат значения для температурного штервалу 523+623 К: БР1 = 2,4+17,6-10"14 см2/с та Е^ = 0,8+3,16-Ю-13 см2/с. Однак, вказане ргаення отримано для випадка несинченного джерела дифузанта I тому його використання для розрахунку коефвденпв дифузп у тонкопл1вкових системах може приводити до значних похибок.

Тому в данш робот! проанал1Эовано процес масопереносу у тонкошивкових системах з врахуванням вщповщних умов для сюнченноТ товщини контактуючих шар1в при В1дносно низьких температурах (Т < 0,3 Т^), коли глибина дифузшного проникнення в об'ем зерен за час вщпалу т < 104с несутгева. Запропоновано фе-номенолопчну схему опису взаемно!" дифузГГ по систем! нерухомих границь зерен з наступним прискореним розподшенням потоку дифузанта по поверхш двошарових тонкошнвкових систем. Отримано р1вняння, як! дозволяють розраховувати парц!альш коеф1щенти дифузп. На приклад! систем та Ni-Pt показано, що модель Хванга-Баллуф! дае значения коефвдатв дифузп на порядок пщвищеш пор1вняно з методикою розрахунку, яка запропонована в данш робот!.

Запропоновано також метод прогнозування зернограничних коефкцат дифузп з врахуванням таких параметр1в, як температура плавления, енерп зм1шування, юлыасть найближчих атомних сусдав у атома всередиш грани! зерна i T.i., який дозволяе здшснювати попередню оцшку дифузшних параметр! для вибору оптимального сполучення матер1ал1в у багатошарових тон кошпвкових системах.

В 3-й глав! проанал1зовано законом!рносп дифузшного масопереносу плоскошарових металевих системах: Pt-Ni, Ti-Al, Cr-Cu, Cu-Ni, Ni-Au, Cr-Cu-N: Cu-Ni-Au, Cr-Cu-Ni-Au субмжронних товщин при вщносно низьких температ} pax (373 -г- 923 К). Наведено обгрунтування вибору систем для доашдження.

Вивчено характер концентрацшних розподшень дом1шкових атом1в у по верхневих шарах та об'ем! багатошарових шйвкових систем. Зокрема, встанов лено, що безпосередньо теля вакуумного напилення дослщжених систем, мак симальна концентращя вуглецю спостер!гаеться на ix поверхн! та р1зко змен шуеться у приповерхневш обласп з подалыпим р1вном1рним розподшенням п об'ему конденсапв. За даними MCBI розподш кисню icTorao немонотонний пщвищена концентрацш кисню спостерцаеться у приповерхневому rnapi, на гра ницях роздшу металевих uiapiB, а також у обласп, яка прилягае до пщкладки. процес1 вщпалу вщбуваетъея направлена дифуз1я атом1в вуглецю до поверхневк uiapiB, утворення поверхневоУ cerperani'i вуглецю, а також поступове вир1вню вання концентращ! кисню по товщин! зразюв.

Показано, що процеси фазоутворення на границях роздшу i3 шаром металу: високою спорщнешстю до кисню можуть приводити до формування перехщни; uiapiB товщиною порядку 0,02 - 0,04 мкм - дифyзiйниx 6ap'epiB складного скла ду, вм1щуючих кисень та вуглець, яю блокують масоперенос компонент до по верхш багатошарових тонкошпвкових систем.

Визначено роль концентр ацшних неоднорщностей, викликаних дом1шко вими атомами, у формуванш дифузшно-бар'ерних mapiB.

Встановлено, що характер концентрацшного розподшення кисню е фактором який сутгево впливае на ынетику термошдукованого масопереносу при вщносн< низьких (порядку О.ЗТдл) температурах у плоскошарових тонкошпвковиз системах (Ti-Al, Cr-Cu, Cr-Cu-Ni). Показано, що формування дифузшного бар'ер; вщбуваеться при yMOBi високоТ початковоТ концентрацц кисню у перехщном; inapi на границ! роздшу металевих компонент; якщо початкова концентрацЬ кисню незначна, то дифузшш процеси розвиваються досить отенсивно.

На ochobi анализу масиву отриманих експериментальних даних пщтвердженс узагальнену "багатостадшну модель" дифузп при вщносно низьких (порядку О^Твл) температурах у плоскошарових тонкошпвкових металевих система) субм!кронних товхцин. Викладено та прошостровано послщовшсть стадий npi дифузшнш взаемодп компонент у двошарових, тришарових та чотиришаровп

композищях: ТьА1, Сг-Си, Си-№, №-Аи, Сг-Си-М, Си-№-Аи, Сг-Си-№-Аи. Виявлено дом1нуючий мехашзм дифузп кожного компоненту на р1зних етапах термошдукованого масопереносу.

Розглякемо особлизосгп "багатсстадшно!" моделР' для деяких конкретних ба-гатошарових тонвкових систем.

Проведен! дослщження св!дчать, що дифузшний масоперенос компонент у двошарових вакуумних конденсатах Си (0,12 мкм) - № (0,12 мкм) при В1дпаш у вакуум1 (10"4 Па) в ¡нтервал! температур 573 н-773 К вщбуваеться таким чином:

- дифуз1я атом!в мцц по границях зерен шкелю;

- вихщ атом!в мщ1 на зозшшню поверхню;

- накопичення мщ у приповерхневому шар1 шкелю;

- дифузЬч атом!в шкелю по границях та в об'ем зерен мвд;

- окисления мцц на поверхш до оксиду Си-лО;

- формування ряду твердих розчишв Си-№ з р1зною концентращею шкелю у шар1 мЛд1.

У тришаровш систем! Сг (0,1 мкм) - Си (0,12 мкм) (0,12 мкм) в ¡нтервал1 температур 373+573 К реал!зуеться наступна модель масопереносу:

- взаемна дифуз1я атом1в Сг, Си, № за зернограничним мехашзмом;

- вихщ атом1в мцц по границях зерен № на зовшшню поверхню;

- взаемна дифуз1я Си та № за об'емним механизмом з утворенням твердого розчину Си-№;

- ВИХ1Д атом ¡в Сг по границях зерен на зовшшню поверхню;

- накопичення Си у приповерхневому шар1 шкелю;

- окисления мш на поверхш до оксиду Си20.

Пошаров; розподшення компонент системи Сг (0,1 мкм) - Си (0,12 мкм) -№ (0,12 мкм) - Аи (0,1 мкм), отримаш методом ЕОС (рис. 1), результата рези-стометричного, рентгенограф1чного анал!з1в та електронографп "на вщбиття", свщчать, що 1 для щеТ системи процес дифузп в ¡нтервал! 373+573 К мае багато-стадшний характер:

- взаемна дифуз!я атом!в Си та № за зернограничним та об'емним мехашз-мами з утворенням твердого розчину Си-№;

- дифуз1я атом!в М по границях зерен Аи;

- вшад атом1в № на зовшшню поверхню;

- дифуз!я атом1в Си по границях зерен Аи;

- накопичення атом1в N1 у приповерхневому шар1;

- вихщ атомов Си на зовшшню поверхню;

- накопичення атом1в Си у приповерхневому шар1;

- дифуз^я атом1в Сг та Аи по границях зерен;

- окисления N1 та Си на поверхш з утворенням оксид!в №0 та Си20;

- взаемна дифуз)'я Си, №, Аи за об'емним мехашзмом.

40 т*10"2,с

Рис. 1 — Схематичне зображення залежносп штенсивност! пшв оже-електронш вщ часу юнного травления для тонкошивковоТ системи Сг-Си-М-Аи у вихщному сташ (а) та теля вадпалу протягом 900 с при 373 К (б), 473 К (в) { 573 К (г)

Схематичне зображення послщовноста стадш масопереносу у чотиришаровп систем! наведено на рис. 2.

Отримаш експериментальш дан! для цшого ряду тонкошивкових систеь евгдчать, що у випадку, коли товщина шар1в може бути пор1вняна з розм1роа дифузШно!' зони, швидюсть та напрямок м!граци атом!в залежить вщ ф!зико х1м!чного стану зовнпдкьо! поверхн! кондексат!в. Процеси фазоутворення т зовншнш поверхш стимулюють розвиток дифузшного масопереносу атом!в ма тер!алу "нижчого" шару кр!зь приповерхневий за зернограничним механ!змом Якщо дифузант, який виходить на зовн!шню поверхню шпвково! системи "выводиться" (за мехашзмом поверхнево! дифузй) у напрямку в*1д стик] "границя зерна - поверхня" чи окислюеться, то град!ент концентрацй не зни жуеться ! рушшна сила процесу, обумовлена град!ентом концентрацп, продов жуе Д1яти достатньо довго.

373 К, 900 с

473 К, 900 с

Си Сг

Аи ш 1 1

N1 ) N1 1 N1 1

Си

И_м

Аи N1 Си Сг

№ 1( 1 *

К - 1 к 1- \

1 1 1 П

573 К, 900 с

n¡0 си,0

шдкладка

Рис. 2 - Модель дифузшних процеыв: система Сг-Си-№-Аи

РушШна сила такого роду досить наочно проявляеться для системи Си-№. В процеа вщпалу масоперенос атом1в шкелю здшснюеться одночасно по границях та в об'ем зерен мщ, а м'щь проникае в гопвку М по границях зерен. Внаслщок цього, мщь виходить на поверхню системи значно швидше, шж ншель досягае подкладки. Про це свщчать концентрацшш розподшення компонент по тов-щиш, отримат методами МСВ1 та ЕОС. Окисления мщ1 на поверхш до оксиду Си20 (за даними електронографп "на вщбиття") приводить до того, що фактором, л1мггуючим швидкicть дифуз11, стае процес окисления 1 поверхня за цих умов стае для атом1в мш стоком шдвшценог потужноеп, який прискорюе 1х масоперенос по границях зерен шкелю.

Вперше експериментально встановлено ефект впливу додаткових поверхне-вих шар!в на розвиток дифузшних процеав у плоскошарових системах субм1кронних товщин при вщпал! у вакуумь Показано, що наявшсть шару М на поверхш системи Сг-Си приводить до прискорення взаемноТ дифузн Сг та Си у тришаровщ композици, про що свщчать бшып ¡нтенсивне розмиття концен-трацшних профипв дифузаяив на гранищ IX роздшу, а також вихщ на поверхню атом1в Сг в систем! Сг-Си-№ пор1вняно з бшарною Сг-Си.

Додавання шару Аи до системи Си-№ не тшьки сприяе прискоренню масопе реносу, але 1 знижуе границю терМ1чно1 стабшыюоп системи Си-М-Аи до 373 I порхвняно з двошаровою системою Си-№ (573 К). Кр1м того дифуз1я атомов Си т № за об'емним мехашзмом у тришаровш систем! Си-№-Аи починаеться при бшьв низьких температурах шж у систем! Си-№.

Охарактеризований ф1зичний ефект пркскореного роззитку дифузшних про цес!в епостершаеться також при додаванга четвертого шару до тришарових сис тем. Дифузшш процеси в систем! Сг-Си-М-Аи розвиваються штенсившше щж; Сг-Си-№ при однаховш початковш температур! розвитку масопереносу, про щ« свщчать характер концентрацшних розподшень компонент!в цих систем пс товщшп, а також бшьш швидке зростання поверхневоТ концентрацп дифузант!] (Си та К!) у чотиришаровш композици на вс!х етапах вщпалу у пор!внянш : тришаровою.

Таким чином, встановлен! законом!рност! впливу додаткових (до дво- тг тришарових систем) поверхневих шар!в на кшетику та механ!зм термостимульо-ваного масопереносу у три- та чотиришарових тонкошпвкових система> субмжронних товщин при температурах 373+773 К проявляються у:

- зниженш границ! !'х терм!чно1 стабшьност!;

- шдвшценш вм!сту дифузант!в у приповерхневому шар!;

- бшьш штенсивному розмигп концентрацшних розподшень компонент!в на границях IX розд!лу;

- розвитку дифузшних процес!в за об'емним мехашзмом на раншх стадшх вщпалу.

В робот! розглянуто також термо!ндукований масоперенос, викликаний ла-зерним опром!ненням (УАО:Ш лазер з довжиною хвил! 1,06 мкм) поверхш тон-копл1вкових плоскошарових систем. Встановлено, що структурн! та концен-трацшш змши при цьому визначаються питомою потужн!стю лазерного проме-ня, тривал!стю обробки та розм1ром зони опромшення.

Локальне руйнування поверхн! конденсата спостертаеться при вплив! ла-зерних !мпульс!в мЫсекундно! тривалост! з потужшстю 0,27+0,68-103 Дж/см2-с. При потужносп 2-103 Дж/'см2-с в!дбуваеться оплавления поверхн! з утворенням отвор1в неправильно! форми, що пояснюеться можливим локальним вибуховим руйнуванкям оплавлених дьтянок за рахунок виникнення надлишкових напрут на границ! "шпвка - шдкладка".

Пошаровий аналгз по глибши у незруйнованих д!лянках пл!вкових систем дозволив виявити значне "розмивання" концентрацшних розпод!лень компонента на границях ?х роздшу. Напрямок та швидк!сть мпрацп атом1в дифузанта при цьому добре узгоджуються з загальними уявленнями про рушшш сили ди-фузп, а також з отримаяими ран!ше даними про дифузшний масоперенос в тонких шивках при терм!чному вщпал! в вакуум!. Так, концентрацшний склад по

глибиш та значения питомого електроопору в шпвкових системах Р^М теля лазерного впливу потужшепо 2-103 Дж/см2-с I тривгипстю 4 мс близью до ана-лопчних характеристик теля терм1чноГ обробки при 523 К протягом 600 с.

В четвертш глав! дослщжено законом1рност1 термошдукованого масопере-носу, формування фазового складу, структуру та ф1зячш властивосп високотем-пературних надпровщних матер1ал1в систем УВа2Сиз07_х та "УВа2Си307.х -метал" (де метал - Ag, N1, Т!, Та, Мо, V, А1, №>).

Вивчення х1м1чного складу ВТНП-сполук, дозволило встановити, що технолога, яю застосовуються у процес! синтезу масивних та шпвкових матер!ал1в системи У-Ва-Си-О, приводять до формування на позерхш зразюв шару (товщи-ною В1д декшькох атомних шар1в до часток мкм), властивост1 якого суттево вщр^зняються вщ властивостей об'ему речовини. Експериментально показано, що найбшьш характерними порушеннями в приповерхневому шар! е вщхилення вщ стехюметричного складу за основними компонентами та забруднення домшками (С, 8, С1, N! т.!.).

Пор1вняльне досшдження шпвкових систем УВа2Сиз07_х, одержаних лазер-ним, магнетронним та електронно-променевим методами нанесения привело до висновку, що технолопчш умови формування конденсат суттево впливають на характер мкроструктури, концентращю домшок, пошаров1 розподшення компонент. Так, за даними ЕСС у поверхневих шарах зразюв, одержаних магнетронним методом, спостерцаеться тдвшцений вм1ст атом1в У, Б, С та знижений — Ва у пор1внянш з шпвками, отриманими лазерним методом. Кшыасш сшввщношення мвд та кисню приблизно однаков1 для зразшв, одержаних рвними методами.

Термообробка у вакуум! (10"6 Па) в !нтервал! 473+873 К протягом 1200 с тон-копл!вкових зразюв УВа2Си307.х приводить до зростання у поверхневому шар1 атомноТ концентраца основних компонентов — У, Ва, Си ! зменшення кшькост! дом!шкових атом ¡в — Б, С1, С та ш. пор!вняно з вих!дним станом.

Одержання яысних ВТНП-пл!вок з високими критичними параметрами не-можливе без вщпалу конденсат в атмосфер! кисню для формування над-провщноТ фази. При цьому мае мюце щлий ряд термошдукованих процессе, до яких вщносяться перш за все, дифуз!йн! процеси на границ! роздшу "пл!вка -шдкладка", концентрац!йн! перерозподшення елемеяпв по товщиш пл!вки, в тому числ! поверхнев! сегрегацп. Тому в робот! докладно проанал!зовано вплив температури (1158+1214 К) та часу (60+600 с) вщпапу в атмосфер! кисню на структуру, фазовий склад та електроф!зичш властивост! пол!кристал!чних пл!вок УВа2Си3С>7.х м!кронних товщин, отриманих електронно-променевим методом (шдкладка - №СгА1).

Встановлено, що процеси фазоутворення при цьому протгкають за схемою:

1158 К, 1194 К, 1214 К,

600 с УВа2Си307 600 с YBa2Cu307 60 с YBa2Cu307

Y-Ba-Cu-0 -=> YBaCuOj -s* CuO -> YBa2Cu305

02 BaCu02, 02 02 CuO

BaC03

Найкращ! надпровщш властивост! (Тс = 90 К, АТС = 3 К, Jc = 737 А/см2, р275=0,27 м Ом-см) спостер1гаються для гшвок теля термообрсбки при 1194 К протягом 600 с, що обумовлено утворенням переважно орторомб1чно'1 (над-провщно'О фази YBa2Cu307, а також формуванням однородно!' структури у ви-гляд1 добре зв'язаних зерен переважно сферично! форми Î3 стехюметричним складом. Пздвищення температуря вщпалу до 1214 К призводить до утворення кр1м орторомб1чно'1 невелико! юлькоси тетрагонально!' (ненадпров!дно'1) фази YBa2Cu305, а також структури, яка складаеться з цилшдричних (маючих пвдвищену концентр ацпо мдо) та сферичних (i3 зниженою концентращею мда) зерен, що в свою чергу викликае попршення критичних параметр1в зразюв.

Дослцркено законом!рносп дифузшного масопереносу у тонкошивкових системах "ВТНП-метал" субмпсронних товщин, одержаних вакуумним осадженням шару металу (Ag, Ti, Ni, Mo, Nb, Al, Ta, V) на поверхню металоксидних шпвок складу YBa2Cu307_x. Визначеш 1нтервапи терм1чно'1 стабшьносп металевих контактов при вцщаш у вакуум! та атмосфер! в ¡нтервал1 температур 373+923 К; наведено оцшки коефщенпв дифузп.

Встановлено, що дифузшш процеси у двошаровш систем! "УВа2Сиз07.х (0,2 мкм) - Ag (0,1 мкм)" починають розвиватися при температурах, ям перевищують 673 К при вщпам у вакуум! (410'7 Па). В результат! ввдпалу спостер1гасться розширення обласп взаемжн дифузп компонентов (рис. 3) з появою дифузантов (Си, Ва, О) на вшьнш поверхн1 шнвки Ag. Звертас на себе увагу факт дифузшного проникнення aroMÎB кисню з шпвки металоксиду у шар Ag, а також поверхнево! сегрегацп вуглецю.

Дослщження методом "поверхневого накопичення" дозволили визначити, що вцщал у камер! оже-спектрометру при 773 К протягом 300 с приводить до практично одночасно!" появи оже-сигнашв вщ О, Ва, Си на поверхш шпвки Ag (рис. 4). Через 720 с процес "поверхневого накопичення" виходить на насичення. Оцшка коефщенпв дифузп aroMis Ва та Си у шар Ag в штервал! 773+973 К дае величини порядку 10'14 + 10~15 см2/с.

Встановлено, що особливосто термошдукованого масопереносу, яю визна-чаються "багатостад!йною моделлю" дифузп', охарактеризованою в третш глав!, мають м!сце i для тонкошпвкових систем "ВТНП-метал".

Рис. 3 - Залежшсть штенсивкост! шюв оже-елекгрошв В1Д часу юнного травления для TOHKOimiBKOBOi системи 'ТВа2Сиз07.х - Ag" у по-чатковому craHi (а) та шсля вщпалу протягом 900 с при 773 К (б)

Для прикладу, розглянемо експериментальш результата, одержан! для шпвко-1 системи "YBa2Cuj07.x (0,5 мкм) - Ni (0,2 мкм)" при вщпал! у вакуум! в !нтервал! мператур 373+773 К. За даними MCBI у вихщному сташ i при в!дпал! впритул до 3 К cnocrepiraeTbCH дифузшне проникнення тшьки атом!в Ni у пл!вку металок-ду. ГПдвищення температури вщпалу до 573 К приводить до дифузп атом!в Ва в iBKy Ni; концентращя Ва на вшьн!й поверхш становить близько 1,5 ат. % (за да-ми ЕОС). Параметр гратки Ni при цьому практично не змшюеться пор!вняно з хщним станом, що дозволяв зробити висновок про вщсутшсть дифуз!йного по-ку атом!в Ва у шар Ni за об'емним мехашзмом.

В1ДН.ОД. 0.8-

0.6-

0.4-

0.2-

0.0

0

3

6

9 %-10-2,с

Рис. 4 - Залежшсть штенсивност1 пшв оже-електрошв вщ часу вщпалу при 773 К для системи "УВа2Сиз07.х - А^'

Термообробка у вакуум! при 673 К протягом 900 с сприяе проникненню атсн Си кр!зь весь шар шкелю 1 появ! на поверхш ~ 2,9 ат. % Си; концентрацш Ва зовншшй поверхш становить ~ 2,4 ат. %. Значения питомого електроопору нке при цьому значно збшьшуегься.

Подальше шдвшцення температури вщпалу приводить до зростання проце: ного вмкту атомт Си та Ва у приповерхневому шар1 системи "УВа2Сиз07.х - > Починаючи з 773 К взаемна дифузк компонента здшснюеться за об'емним I хашзмом. Значения питомого електроопору стрибкоподШно збшынуеться на п ших хвилинах вщпалу. Результата електронограф1чного анатзу "на вщбит свщчать про формування на поверхш зразка оксщцв Ва та Си.

Таким чином, для тонкошпвковоГ системи "УВа2Сиз07.х - №" багатостади модель дифузп мктить у соб!:

- дифузпо атом!в Ва, а потам Си по границях зерен №;

- послщовний вихщ ато.млв дифузанпв на зовшшню поверхню №;

- накопичення дифузанпв (Ва, Си) у приповерхневому шар! та окисления 1х;

- проникнення Ва та Си з границь до об'ему зерен №.

Аналопчш законом1рност1 виявлено 1 для шших систем "ВТНП-мета тдтверджено, що процеси оксидоутворення на зовшшшй поверхш стимулюь розвиток дифузшного масопереносу атом!в ВТНП-матер!алу кр1зь приповерхне* металевий шар.

Особливосп масопереносу, обумовлеш характером концентращйного р подшення кисню на границях роздшу шар1в у тонкошпвкових металевих систем також мають м^сце 1 для систем "ВТНП-метал"; процеси фазоутворення на гра цях роздшу ВТНП-шивок ¿з шаром метапу з високою спорвднешстю до кисню 1 жуть приводите до формування дифузшних бар'ер!в складного складу, яы бло ють масоперенос компонента у системах "ВТНП-метал".

Зокрема, взасмод1я атоМ1в Ti та кисню у процеЫ вакуумного напилення систем №а2Сиз07.х (0,5 мкм) - Ti(0,2 мкм)" приводить до формування на границ! роздшу эмпоненэтв перехщного шару складу ТЮХ з р1зним вм!стом кисню по товщиш. нал1з тонко! структури LMM-пшв оже-електрошв Ti методом ЕОС вказуе на ¡двищення ступеню окисления Ti по Mipi наближення до границ! роздшу uiapiB.

Вщпал зразюв у вакуум! (10'7 Па) при температурах до 673 К супроводжуеться эдальшим зростанням дефщиту кисню у приграничнШ облает птвки металоксиду i рахунок зв'язування його з xiMinHO активним Ti при вщсутносп взаемноТ дифуз!'1 еталевих компонент шпвок - Ti, Y, Ва, Си. При щцвшценш температури вщпалу э 773 К спостер1гаеться интенсивна дифузгя атом1в Ва у перехщний шар на гранищ эздшу компонент{в системи "УВа2Сиз07.х - Ti". Сшввщношення ¡нтенсивностей ке-пшв компонент1в у збагаченому oapieM mapi, а також характерний зеув енерге-гчного положения оже-шку кисню з 512 до 509 еВ, евщчать про формування у цш зласт! тгганату барда BaTiOy (у<3). Подалыпий вщпал практично не зм1нюе кон-;нтрацшш розподшення компонент, що обумовлено формуванням бар'ерного ару складу BaTiOy. За оцшками, коефвденти дифузп атом1в Ва у шар Ti в штервал! 73+973 К становлять2-10"17...9-10"17 см2/с.

Таким чином, шар Ti може бути запропонований у якосп дифузшного бар'еру [ж шарами металоксиду та металу (наприклад, Ag). Дослщження тришарових сис-;м "YBa2Cu307.x - Ti - Ag" субм!кронних товщин евщчать, що дифузшш процеси не гють мкця при Biflnani до 973 К, на вщмшшеть вщ системи "УВа2Сиз07_х - Ag", для :oi при 773 К спостерц-аеться повне взаемне проникнення компонент.

Останн1м часом штерес викликае можливють одержання яюсних ВТНП-шпвок •ехюметричного складу шляхом розпилення мшеней з надпровщноТ керам1ки ла-рними ¡мпульсами. У зв'язку з цим проведено дослщження впливу лазерного фомшення тривалютю 4 мс на склад поверхневих inapiB керамки складу Ва2Си307.х. Енерпя ¡мпульсу варшвалась у межах Е = 0,005+0,155 Дж, а середнш аметр променю у 30Hi обробки — Д, = 0,28+0,54 мм.

Встановлено, що при Дл=0,54 мм та Е=0,122 Дж на глибиш 5 мкм концентращ! , Ва, Си, О близью до стехюметричного складу сполуки YBa2Cu307; по Mipi на-шження до noBepxHi концентрац¡я Ва монотонно збшыдуеться вщ 16 до 26 ат.%, вм1ст Си поступово знижуеться вщ 27 до 12 ат.%.

При опромшенш зфокусованими ¡мпульсами (Д, = 0,28 мм, Е = 0,155 Дж) кон-:нтращ1 Ва та Си на поверхш та в об'ем! збшыпуються у середньому на 25 ат. %, зм!ст Y знижуеться у пор1внянш з розфокусованим опромшенням (Дт = 0,54 мм).

Середня концентращя кисню в поверхневих шарах херамжи УВа2Сиз07.х при зерному опромшенш на noBhpi суттево не змшюеться i знаходиться в обласп ехюметричного складу.

Масоперенос компонентов керамки YBa2Cu307.x у процеа лазерного оп->мшення вщбуваегься переважно в результат плавления поверхневого шару та

селективноТ cerperauii компонента по глибиш при твердшш. Анал1з кривих р< подтення концентрацп елемента по глибиш шсля лазерного впливу свщчить, i на початкових стадкх процесу твердшня формуються шари, збагачеш Y, по м руху фронту затвердения до поверхш вщбуваеться збагачення моддю i на зав« шальних стад1ях у приповерхневш облает! утворюються шари з високим BMicT Ва. Виявлена законом1ршсть пов'язана з зменшекням температуря плавления ц метал!в у напрямку: Y(1773 К) н> Си(1356 К) Ва(983 К).

ВИСНОВКИ

1. Розробка науково обгрунтованих принцигав керуванкя дифузШними npoi сами у позерхневих шарах та на гранидях роздшу плоскошарових сист субм1кронних товщин з метою пщвгацення терм1чно1 стабшьноста робоч шпвкових елеменпв мокроелехтронжи та створення нових технолопй модифжа надтонких поверхневих iiiapiB метал!в, сплав1в та сполук е актуальним завданш Виршального значения при цьому набувае встановлення загальних за; ном1рностей та розробка моделей мехашзм1в масопереносу компонентов бататов рових шпвкових систем в умовах терм!чноо дп pi3Horo походження.

2. Розвинуто математичний опмс дифузшного масопереносу в багатошаров металевих системах у рамках моделц яка враховуе факт обмеженоо чи необмежео розчинноеп компонент, залежшеть або незалежшеть коефщкнта дифузп i концентращ!, вщмдапсть коефвденив дифузп компоненту у р1зних контактуюч шарах. Визначено параметри дифузп у тонкотшвкових системах Pt-Ni, Ti-Al, ( Си, Cu-Ni, Ni-Au шляхом поровняння теоретичних концентращйних розподш компонент, побудованих на основ! одержаних ршень другого р1вняння Фша експериментально встановленими за даними мас-спектрометрп вторинних ¡ошв електронно'1 оже-спектроскопп з використанням фактору достоворностг.

3. Проанал1зовано можливосп анаттичних метод1в "поверхневото накошто ня" та "серединного град!енту" з точки зору i'x використання при дослщженш i сопереносу в шарах субмкронних товщин методами MCBI та ЕОС. На прикл тонкошпвкових систем Pt-Ni, Ni-Pt, Ti-Al, Ti-Ag виявлено переваги та недолнеи l MeTOfliB розрахунку napaMerpie дифузп.

Запропоновано феноменолопчну схему опису взаемно! дифузп по систем! : рухомих границь зерен з наступним прискореним розподшенням потоку дифуза) по поверхн1 двошарових систем при вщносно низьких (близько 0,3TM) темпера pax. Розраховано коефвденти дифузп по кривих "поверхневого накопичення" к< понента в системах Ni-Pt, Pt-Ni, Cr-Cu-Ni-Au, "ВТНП-Ag" за даними електрон оже-спектроскопп.

4. На основ! комплексних дослщжень двошарових, тришарових та чотириша воТ систем Pt-Ni, Ti-Ag, Ti-Al, Cu-Ni, Cr-Cu, Ni-Au, Cr-Cu-Ni, Cu-Ni-Au, Cr-Cu-Ni-

'бм1кронних товщин експериментально шдтверджено та розвинуто "багатоста-йну модель" дифу311 як сукупшсть процеав термошдукованого (при температурах )рядку 0,ЗТпл) масопереносу у плоскошарових тонкопшвкових металевих систе-IX, а саме:

- масоперенос по границях зерен;

- дифуз1ю з границь до об' ему зерен;

- процеси на поверхш.

Встановлено, що процеси на поверхш багатошарових шпвкових систем також дбуваються у декшька стадш 1 стимулюють розвиток дмфузшного масопереносу ом1в материалу "нижчого" шару кр1зь приповерхневий.

5. Встановлено законом1рноеп впливу додаткових поверхневих шар1в на нетику та механизм термошдукованого масопереносу у багатошарових тшвкових [стемах субмокронних товщин при температурах 373+773 К, яы проявляютъся у даскореному розвитку дифузшних процеав за зернограничним та об'емним ¡хашзмами у три- та чотиришарових системах у пор!вюшш з дво- та тришаровими.

6. Експериментально виявлено ефект формування дифузшно-бар' ерних шар ¡в, ий полягае в тому, що процеси фазоутворення на границях роздшу ¡з шаром мелу з високою спор!днешстго до кисню, приводять до формування перех5дних 1р1в товщиною порядку 0,02...0,04 мкм — дифузШних бар'ерш складного складу, нщуючих кисень та вуглець, яко бяокукш» масоперенос компонентов до поверхш гатошарових тонкошивкових систем.

Визначено роль концентрацшних неоднорщностей, викликаних домшжовими омами, у формуванш дифузшно-бар'ерних шар1в.

Встановлено, що характер концентрацшного розподиення кисню е фактором, ий суттево впливае на кшетику термошдукованого масопереносу при вщносно зьких (порядку 0,ЗТпл) температурах у плоскошарових тонкошпвкових системах ¡-А1, Сг-Си, Сг-Си-№). Показано, що формування дифузшного бар'еру вщбува-ься при умов! високо1 початкозо1 кснцентраци кисню у переходному шар1 на анищ роздшу металевих компонентов.

7. На основ1 уявлень про мехатзм та кшетику дифузшних процес1в у плоско-фових металевих структурах субм1-кронних товщин отримано та узагальнено ек-ериментальний материал щодо законом1рностей термошдукованого масоперено-в тонкошивкових системах "ВТНП-метал" (метал - Ag, То, Та, А1, Мо, V, №>); значено штервали терм1ЧН01 стабольносто металевих контакта при вщпал1 у ва-ум1 та атмосфер! в штервал! температур 373+923 К.

Зокрема встановлено, що особливосп масопереносу, яга визначакяъся "багато-щшною моделлю" дифузп в металевих шпвкових системах, мають мюце о для :тем "ВТНП-метал"; виявлена послщовнють стадий термошдукованого масопе-госу у випадку р!зних металевих шар1в, контаюуючих з ВТНП-шпвкою складу !а2Сиз07.х. Шдтверджено, що процеси, яю розвиваються на зовншнш поверхш,

також мають багатостадшний характер i стимулюють розвиток дифузшного м: переносу атоьпв ВТНП-матер1алу Kpi3b приповерхневий металевий шар. Показ, що виявлений для тонкотпвкових металевнх систем ефект формування перехщ Laapin - дифузшних 6ap'epiB складного складу — спостерп-аеться i на грани роздшу ВГНП-шпвок ¡з шаром металу з високою спорщнешстю до кисню.

8. Встановлено, що структурш та концентрацшш змши в поверхневих ша ВТНП-керам1ки складу УВа2Си307_х при терм1чному вплив1, який викликаний зерним опромшенням, визначаються його питомою потужшстю, тривалютю робки та розм!рами зони опромшення.

Показано, що вмют ycix елеменлв у поверхневих шарах залежить вщ реж! обробки i може бути як вище, так i нижче значень концентращй для не ромшеного надпровщного YBa2Cu307.x - Marepiany.

Основш результата дисертацшноТ робота викладено в публжацкх:

1. Сидоренко C.I., Волошко С.М. Матер1алознавство високотемпературних t пров!дниюв. - Кш'в: Вища школа, 1995. - 210с.

2. Волошко С.М. Низкотемпературная диффузия в тонкопленочной системе Ti-A Доклады НАН Украины. - 1997. - N5. - С.82-86.

3. Волошко С.М. Многостадийный характер диффузии в двух и многокомпоне ных плоскослоистых конденсатах металлов // Доклады НАН Украины. - 199 N8. - С.86-90.

4. Низкотемпературная взаимная диффузия в тонкопленочной системе Cu-i М.В.Белоус, С.М.Волошко, А.Д.Красюк, С.И.Сидоренко // Металлофизик; 1986. - 8, N5. - С.54-60.

5. Voloshko S.M., Krasyuk A.D., Sidorenko S.I., Cherepin V.T. //Ti-Al thin-film sys diffusion-parameter determination // Phys. Metals. - 1990. - 9, N4. - P. 638-644.

6. Волошко C.M., Шалаев A.M., Якубцов O.A. Диффузия Ni и Pt в двухслой тонкопленочной системе //Металлофизика. - 1988.-10, N1.-C.109-111.

7. Волошко С.М., Гусак A.M., Шалаев А.М. Элементарная теория взаимной зер граничной диффузии в двухслойной тонкой пленке. // Физика металлов и мет ловедение. - 1990. - 69, N3. - С.73-80.

8. Особенности разрушения тонких металлических пленок Pt-Ni под действием ла; ного излучения / С.М. Волошко, А.Б. Гончаренко, М.А. Ншценко, С.И. Сидоре! А.М. Шалаев. // Физика и химия обработки материалов. - 1990. - N2. - С.39-43

9. О возможности фазового превращения в пленке ВТСП и перераспределе] элементов за счет испарения кислорода с поверхности / С.М. Волошко, Р.И. рабаш, С.И. Сидоренко, Б.В. Егоров // Украинский физический журнал. - 199 37, N7. - С.1062-1067.

i. Voloshko S.M., Sidorenko S.I., Barabash R.I., Egorov B.V. Oxygen diffusion-induced redistribution of elements in HTSC ceramics // Phys. Metals. - 1993. - 12, N10. - P. 1112-1117.

. Voloshko S.M., Belous M.V., Sidorenko S.I., Stepanov I.M. Temperature-time stability ranges of thin-film nickel contacts to Y-Ba-Cu-0 superconductor // Phys. Metals. - 1993. - 12, N8. - P. 839-845.

Волошко C.M., Сидоренко С.И., Степанов И.М. Дифузионные изменения в системе "тонкая пленка никеля - пленка YBaCuO" // Письма в ЖТФ. - 1992. - 18, N1. - C.54-S9.

. Формирование барьерного слоя на границе раздела тонких пленок Ti, Ag -УВа2Сиз07.х / С.М. Волошко, С.И. Сидоренко, Ю.В. Черкащенхо, А.С. Филиппов // Тонкие пленки и нитевидные кристаллы. - Воронеж: Воронежский политехи. ин-т. - 1993. - С.32-37.

•. Волошко С.М., Макеева И.Н., Сидоренко С.И. Низкотемпературная взаимная диффузия в тонкопленочной системе Cu-Ni-Au // Металлофизика. - 1993. - 15, N8. - С.61-70.

. Исследование химического состава поверхностного слоя и процессов диффузии в системе Cu-Ni-Au / С.М. Волошко, С.И. Сидоренко, Т.В. Литвинова, И.М. Климачев // Известия РАН. Металлы. - 1993. - N1. - С.141-145.

. Voloshko S.M., Sidorenko S.I., Shmatko О.А. Diffusion in HTSC-metal systems. I (Review). // Phys. Metals. - 1994. - 14, N1. - P. 202-221.

. Voloshko S.M., Sidorenko S.I., Shmatko O.A. Diffusion in HTSC-metal systems. II (Review). // Phys. Metals. - 1994. - 14, N2. - P. 87-108.

. Auger study of diffusion in thin-film УВагСщО^х - Ag,Ti system / S.M. Voloshko, S.I. Sidorenko, Yu.V. Cherkashchenko, A.V. Rrat, A.S. Filippov. // Phys. Metals. -1995.- 14,N10.-P. 1146-1150.

. Voloshko S.M., Sidorenko S.I., Makeeva I.N. Auger study of interdiffusion in thin-film Cr-Cu-Ni-Au system //Phys. Metals. - 1995. - 14, N10. - P. 1136-1145.

. Волошко C.M., Васильев M.A., Литвицкая И.П. Ангармонизм тепловых колебаний в поверхностных слоях монокристаллов Fe, Ni и сплавов Fe-Ni и Co-Ni // Металлофизика и новейшие технологии. - 1994. - 16, N8. - С.55-65.

. Effect of laser-radiation ablation on the composition of YBa2Cu307.x surface layers / S.M. Voloshko, M.A. Vasiliev, M.M. Nishchenko, M.V. Bakuntseva, S.I. Sidorenko // Met. Phys. Adv. Tech. - 1997. -16. - P. 751 -761.

. Voloshko S.M., Sidorenko S.I., Makeeva I.N. Interdiffusion of low-temperature diffusion in multilayer thin films // Функциональные материалы. - 1995. - 2, N4. -P.453-458.

. Волошко C.M., Красюк А.Д., Сидоренко С.И. Моделирование процесса диффузии в тонкопленочной системе Ti-Al // Влияние внешних воздействий на структуру и свойства твердых тел. - Куйбышев: Госуниверситет. - 1989. - С.49-53.

24. Низкотемпературная диффузия в тонкопленочной системе Pt-Ni / СМ. Bonoi A.B. Немировский, С.И. Сидоренко, O.A. Якубцов // Ред.ж. Известия ВУЗов. зика.-1988.-1Ч12.-С.103. - Деп. в ВИНИТИ 25.05.88, N4056-B.88,7 с.

25. Теоретические модели описания диффузии в двухслойных тонкопленоч системах / С.М. Волошко, А.М. Гусак, И.И. Климачев, С.И. Сидоренко, Р Шалаев. // Металлофизика. - 1990. - 12, N2. - С.120. - Деп. в ВИНИТИ 24.11 N7032-B.89, 50 с.

26. Математическое описание диффузионных процессов в двухслойной пло< слоистой системе / М.В. Белоус, A.A. Березовский, С.М. Волошко, С.И. Ci ренко, И.И. Юртин; Киев, политех. Ин-т. - Киев, 1985.-7с. - Рус.-Деп. в "Ь НИИНТИ 06.03.85, N1702 Ук-85.

27. Диффузионные изменения в тонкопленочных системах "ВТСП-металл (Ni, Nb, Mo, Al)" / С.М. Волошко, С.И. Сидоренко, И.М. Степанов, Ю.В. Черкал ко; Киев, политех, ин-т. - Киев, 1993. - 25с. - Рус. - Деп. в Укр ИНТЭИ 04.02 N111 -Ук93.

28. Применение метода МСВИ в технологии получения двухслойных металш ских пленок / С.М.Волошко, А.Д. Красюк, С.И.Сидоренко, В.Т.Черепин // Ti сы докладов Всесоюзной конференции "Физические методы исследования верхности и диагностика материалов и элементов вычислительной техник] Кишинев: 1986. - С.83-84.

29. Волошко С.М., Шалаев A.M., Якубцов O.A. Изучение массопереноса в тою леночных структурах методом оже-спектроскопии // Тезисы докладов XX I союзной конференции по эмиссионной электронике - Киев: 1987. - С.246.

30. Волошко С.М., Васильев М.А., Сидоренко С.И. Метод численной оптимиза коэффициентов диффузии в многослойных тонкопленочных системах // Тр; международной конференции "Электронные измерительные системы - орудия тенсификации народного хозяйства" - Прага (Чехословакия). - 1987. - С. 141-14^

31. Васильев М.А., Волошко С.М., Сидоренко С.И. Применение метода поверх стного накопления при исследовании взаимной диффузии в тонкопленоч1 системах. // Труды международной конференции "Микроэлектроника". - Брг слава (Чехословакия). - 1989. - С.46-50.

32. Васильев М.А., Волошко С.М., Сидоренко С.И. Многостадийная модель д фузии в многослойных тонких металлических пленках. // Proc. Intemation¡ Wissenschaftlichen Kolloquim der Technischen Hochschule Ilmenau. - Ilme (Germany). - 1990. - P. 162-164.

33. Сидоренко С.И., Волошко С.М., Гончаренко А.Б. Концентрационная нео,в родность в многослойных тонкопленочных системах. // Тезисы докладов 11 союзной школы-семинара "Структурная и химическая микронеоднородност материалах. - Киев: 1990. - С. 124.

4. Диффузионные процессы в двухслойной композиции "металл-ВТСП" / С.М. Волошко, С.И. Сидоренко, И.М. Степанов, Ю.В. Черкащенко // MaTepi&ra доповщей V УкраТнськоТ конференцп "Ф1зика i технология тонких шпвок складних надпровщниюв". - Ужгород: Держушверситет. - 1992. - С.201-203.

5. Применение метода ЭОС в технологии получения металлических пленок / С.М. Волошко, С.И. Сидоренко, Ю.В. Черкащенко, А.В. Крат, А.С. Филиппов // Материалы докладов V Межрегиональной науч.-тех. конференции "Тонкие пленки в электронике". - Москва-Йошкар-Ола: 1994. - С.25-28.

6. Voloshko S.M., Barabash R.I., Sidorenko S.I. Phase transformation in the hiqh-temperature superconducting film and redistribution of elements caused by oxygen evaporasation from the surface // Proc. Symposium: Materials Research Society. -Boston (USA). - 1994. - P. 102.

7. Voloshko S.M., Sidorenko S.I. Low temperature diffusion in multilayer thin metal // Proc. 14th European Conf. on Surtace Science. - Leipziq (Germany): 1994. - P. 192.

8. Voloshko S.M., Barabash R.I., Sidorenko S.I. Oxygen diffusion in surface layers of Y-Ba-Cu-0 thin films // Proc. 15th European Conf. on Surface ECOSS 15. - Lille (France): 1995.-P.143.

9. Voloshko S.M., Vasiliev M.A., Sidorenko S.I. Low-temperature interdiffusion in binary and multilayer thin film system // Proc. International Workshop DiBOS'97 "Grain boundary diffusion and grain boundary segregation" - Moscow: 1997. - P.43-50.

АНОТАЦ1Я

Волошко С.М. Термотдукований масоперенос у поверхневих шарах та на гра-ицяхроздту тоскошарових систем на ccHoei nepexidmix Memanie. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня доктора ф5зико-математичних наук i спещальшстю 01.04.18 - физика i xiMk поверхш. - 1нститут xiMi'i поверхш НАН кра'ши, Кшв, 1998.

Захищаеться 48 наукових роби-, у тому чиоп монограф1я, як1 М1стять теоре-a4Hi та експериментальш дослщження законом1рностей термо1ндукованого масо-ереносу при вщносно низьких (373+923 К) температурах у плоскошарових мета-евих та металоксидних пл!вкових системах: Pt/Ni, Ti/Ag, Ti/Al, Cr/Cu, Cu/Ni, ii/Au, Cr/Cu/Ni, Cu/Ni/Au, Cr/Cu/Ni/Au, УВагСизОу.х, УВа2Сиз07.х/метал (Ag, Ni, Ti,

10. Та, V, Nb, Al), YBa2Cu307.x/Ti/Ag. Експернментально шдтверджено та розвину-э "багатостад1йну модель" масопереносу в умовах дп pi3HHX мехашзм!в дифузИ; шропоновано HOBi математичш методи розрахунку коеф1ц1ент1в дифузп кожного эмпоненту тонкопл1вкових систем; отримано юлыасш дифузшн1 параметри за аними електронно1 оже-спектроскош! та мас-спектрометр1\' вторинних ¡ошв.

Дослщжено умови формування перехщних mapie — дифуз1йних 6ap'epiB шадного складу — в обласп границ! розд!лу шар1в тонкопл!вкових систем; вияв-

лено ефект впливу додаткових поверхневих niapÏB на кинетику та мехашзм фузшних процеав у багатошарових композицшх. Проведено пор1внялышй ан концентрадшних розподшень компонентов у поверхневих шарах та на гран* роздшу тонкопл1вкових систем "ВТНП-метал" та визначеш штервали термг стабшьносто металевих контактов.

Ключов! слова: термошдукований масоперенос, поверхнев1 шари, границ! роздшу, коеф!щенти дифузп, плоскошаров1 системи, tohkí пл1вки.

АННОТАЦИЯ

Волошко С.М. Термошдуцированный массоперенос в поверхностных ело: на границах раздела плоскослоистых систем на основе переходных металлов. -копись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических ук по специальности 01.04.18 - физика и химия поверхности. - Институт хи поверхности HAH Украины, Киев, 1998.

Защищается 48 научных работ, в том числе монография, которые содер теоретические и экспериментальные исследования закономерностей термоинд) рованного массопереноса при относительно низких (373-5-923 К) температуре плоскослоистых металлических и металлоксидных пленочных системах: Pt Ti/Ag, Ti/Al, Cr/Cu, Cu/Ni, Ni/Au, Cr/Cu/Ni, CuTNi/Au, Cr/Cu/Ni/Au, YBa2Cu3( УВа2Си307.х/металл (Ag, Ni, Ti, Mo, Ta, V, Nb, Al), YBa2Cu307-x/Ti/Ag. Эксп< ментально подтверждена и развита "многостадийная модель" массопереноса в ловиях действия различных механизмов диффузии; предложены новые матем; ческие методы расчета коэффициентов диффузии каждого компонента tohkoi ночных систем; получены количественные диффузионные параметры по даш электронной оже-спектроскопки и масс-спекгрометрии вторичных ионов.

Исследованы условия формирования переходных слоев — диффузион] барьеров сложного состава — в области границы раздела слоев тонкопленоч] систем; выявлен эффект влияния дополнительных поверхностных слоев на ki тику и механизм диффузионных процессов в многослойных композициях. Пр< ден сравнительный анализ концентрационных распределений компонентов в верхностных слоях и на границах раздела тонкопленочных систем "ВТСП-метг и определены интервалы термической стабильности металлических контактов. Ключевые слова: термоиндуцированный массоперенос, поверхностные слои, границы раздела, коэффициенты диффузии, плоскослоистые системы, тонкие пленки.

SUMMARY

Voloshko S.M. Thermostimulated mass-transfer in the surface layers and at the xterface of flat-layered systems on a basis of transition-metals.

Thesis for a doctor's degree by speciality 01.04.18 - physics and chemistry of arface. - The Institute of Surface Chemistry of the National Academy of Science of Ikraine, Kyiv, 1998.

The dissertation including 48 scientific articles involving a book is devoted to the leoreUcal and experimental investigations of the thermostimulated mass-transfer at ¡latively low temperatures (373+923 K) in flat-layered metallic and metaloxide systems: t/Ni, Ti/Ag, Ti/Al, Cr/Cu, Cu/Ni, Ni/Au, Cr/Cu/Ni, Cu/Ni/Au, Cr/Cu/Ni/Au, rBa2Cu307.x, YBa2Cu307.x/metal (Ag, Ni, Ti, Mo, Ta, V, Nb, Al), YBa2Cu307.x/Ti/Ag. he generalized mass-transfer multistage model is developed for the several diffusion rocesses; the novel mathematical methods of the diffusion parameter calculations are roposed for the every thin films components; the quantitative diffusion data are obtai-ed by using Auger Electron Spectroscopy and Secondary Ion Mass-Spectrometry data.

The conditions of the creation of transition layers diffusion barriers are investigated jr the range of thin films interface; the effect of essential influence of added surface tyers on the kinetic and mechanism of diffusion processes in the multilayer compo-jtions is found. The comparison study of the composition distribution in surface layers nd at interface in thin film systems of "HTSC-metal" is conducted and the interval of le thermal stability metallic contacts is determined.

Key words: thermostimulated mass-transfer, surface layers, interface, diffusion parameters, flat-layered systems, thin films.