Кузьменко Александр Павлович, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Alexander P. Kuzmenko, Dr. of Sci. (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher of the Regional Center for Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Гусев Евгений Олегович, аспирант кафедры нанотехнологии, микроэлектроники, общей и прикладной физики
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Evgeny O. Gusev, Post-Graduate Student of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Родионов Владимир Викторович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Vladimir V. Rodionov, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Senior Researcher of the Regional Center of Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Сизов Александр Семёнович, доктор физико-математических наук, профессор
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Aleksander S. Sizov, Dr. of Sci. (Physics and Mathematics), Professor
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Миргород Юрий Александрович, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Yuri A. Mirgorod, Dr. of Sci. (Chemistry), Leading Researcher Regional Center for Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Мьо Мин Тан, доктор физико-математических наук, профессор
Пьин Оо Лвин
Myo Min Than, Dr. of Sci. (Physics and Mathematics), Professor
Pyin Oo Lwin
Цель. Наноструктурирование в магнетронных наноплёнках нитрида гафния с разной толщиной.
Методы. Магнетронные наноплёнки HfN наносились на кремниевые подложки в режиме постоянного тока в установке МВУ ТМ-Магна Т (НИИТМ, г. Зеленоград). Получение наноплёнок с заданной толщиной достигалось путём варьирования времени распыления в пределах от 60 до 900 с. Наноразмерная характеризация нанопленок HfN проводилась методами атомно-силовой микроскопии и рентгенофазового анализа. Фрактальная размерность определялась методом подсчёта кубов.
Результаты. Установлено, что рост наноплёнки из HfN проходил по механизму Вольмера – Вебера, гранулометрическое распределение по размерам нанокластеров в наноплёнках из HfN было близким к нормальному. По атомно-силовым микроскопическим изображениям поверхности наноплёнок были рассчитаны как средние, так и среднеквадратичные их шероховатости. По данным рентгенофазового анализа в соответствии с формулами Дебая – Шеррера – Селихова и Вульфа – Брэгга рассчитаны размеры области когерентности и относительные деформации кристаллической решётки соответственно.
Заключение. В зависимости от времени распыления области когерентного рассеяния L(t) изменялись нелинейно, что указывало на структурный переход с характерным изменением морфологии поверхности нанопленок. Расчётные величины зависимости деформационных изменений a(t) имели знакопеременный вид, то есть процесс формирования наноплёнок HfN на начальной стадии сопровождался сжатием, а затем растяжением. Временная зависимость фрактальной размерности Df(t) всегда превышала 2, что указывало на трёхмерность нанопленок. При этом зависимость Df(t) достигала Dfmax при ≈ 480 с. Знакопеременный вид изменений dL/dt и da/dt и существование Dfmax при соответствующих временах распыления свидетельствовал о доминирующем росте наноплёнок HfN по механизму Вольмера – Вебера с формированием столбчатых структур.
Purpose. Nanostructuring in hafnium nitride magnetron nanofilms with varying thickness.
Methods. Magnetron HfN nanofilms were deposited on silicon substrates in the direct current mode in an MVU TMMagna T facility (NIITM, Zelenograd). Obtaining nanofilms with a given thickness was achieved by varying the sputtering time in the range from 60 to 900 s. Nanoscale characterization of HfN nanofilms was carried out by atomic force microscopy and X-ray phase analysis. The fractal dimension was determined by the cube counting method.
Results. It was established that the growth of the HfN nanofilm proceeded according to the Volmer-Weber mechanism, the granulometric size distribution of nanoclusters in the HfN nanofilms was close to normal. Based on atomic force microscopic images of the nanofilm surface, both their average and root-mean-square roughnesses were calculated. According to the data of X-ray phase analysis in accordance with the Debye-Scherrer-Selikhov and Wolfe-Bragg formulas, the dimensions of the coherence region and the relative deformations of the crystal lattice are calculated, respectively.
Conclusion. Depending on the sputtering time, the coherent scattering regions L(t) changed nonlinearly, which indicated a structural transition with a characteristic change in the nanofilm surface morphology. The calculated values of the dependence of deformation changes – a(t) had an alternating form, that is, the process of formation of HfN nanofilms at the initial stage was accompanied by compression and then by tension. The time dependence of the fractal dimension Df(t) always exceeded 2, which indicated that the nanofilms are three-dimensional. In this case, the dependence Df(t) reached Dfmax at ≈480 s. The alternating form of changes in dL/dt and da/dt and the existence of Dfmax at the corresponding sputtering times indicated the dominant growth of HfN nanofilms according to the Volmer-Weber mechanism with the formation of columnar structures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.