Кузьменко Александр Павлович, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Aleksander P. Kuzmenko, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher of the Regional Center of Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Кашкин Игорь Сергеевич, аспирант
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Igor S. Kashkin, Post-Graduate Student
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Колпаков Артём Игоревич, аспирант
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Artem I. Kolpakov, Post-Graduate Student
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Жакин Анатолий Иванович, доктор физикоматематических наук, профессор кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Anatoly I. Zhakin, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Professor of the Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Емельянов Виктор Михайлович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник кафедры дизайна и индустрии моды
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Viktor M. Yemelyanov, Doctor of Science (Engineering), Professor, Chief Researcher of the Department of Design and Fashion Industry
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Цель исследования. Изучение морфологических и фазовых изменений в структуре нанопленок нитрида тантала, формируемых методом магнетронного реактивного распыления на подложке из кремния.
Методы. Магнетронное распыление на подложку из кремния осуществлялось на установке МВУ ТМ-Магна Т при изменении параметра времени распыления от 300 до 900 с, а также при постоянных параметрах мощности 500 Вт и давления рабочего газа Ar 0,5 Па. Исследования морфологических и фазовых изменений в структуре нанопленок нитрида тантала выполнялись методами атомно-силовой микроскопии, рентгенофазового анализа. Определение фрактальной размерности осуществлялось с помощью метода подсчета кубов. Рентгенодифрактометрический анализ в режиме измерений in situ с дискретным нагревом (с шагом через 100°С) на воздухе до 1000°С на высокотемпературной приставке PAAR HTK-16.
Результаты. При помощи методов атомно-силовой микроскопии установлено, что в исследуемых нанопленках из TaN гранулометрическое распределение нанокластеров было гауссовым и наблюдалось увеличение латерального размера частиц при увеличении времени напыления. Минимальную шероховатость имела нанопленка, время напыления которой составило 300 с. Рассчитана статистическая фрактальная размерность, величина которой отвечала их трехмерности. По данным рентгенофазового анализа определены размеры области когерентности, текстурированности, микродеформации и межплоскостные деформационные искажения, а также установлен смешанный механизм Странского – Крастанова формирования нанопленок.
Заключение. Шероховатость поверхности нанопленок нитрида, формируемых при постоянной мощности (500 Вт), существенно зависит от времени магнетронного распыления и концентрации N2. Во всех исследованных нанопленочных структурах доминирующим механизмом роста был реализован смешанный механизм Странского – Крастанова.
Purpose of research. Study of morphological and phase changes in the structure of tantalum nitride nanofilms formed by magnetron reactive sputtering on a silicon substrate.
Methods. Magnetron sputtering on a silicon substrate was performed using the MVU TM-Magna T setup with the sputtering time parameter changing from 300 to 900 sec, and also with constant power parameters of 500 W and working gas pressure of Ar 0,5 Pa. The morphological and phase changes in the structure of tantalum nitride nanofilms were studied using atomic force microscopy and X-ray phase analysis. The fractal dimension was determined using the cube counting method. X-ray diffractometric analysis in the in situ measurement mode with discrete heating (in 100 °C increments) in air up to 1000 °C using the PAAR HTK-16 high-temperature attachment.
Results. Using atomic force microscopy methods, it was found that the granulometric distribution of nanoclusters in the studied TaN nanofilms was Gaussian and an increase in the lateral size of particles was observed with an increase in the deposition time. The nanofilm with a deposition time of 300 s had minimal roughness. The statistical fractal dimension was calculated, the value of which corresponded to their three-dimensionality. According to the X-ray phase analysis data, the sizes of the coherence region, texturing, microdeformations and interplanar deformation distortions were determined, and a mixed Stranski-Krastanov mechanism of nanofilm formation was established.
Conclusion. The surface roughness of nitride nanofilms formed at a constant power (500 W) depends significantly on the magnetron sputtering time and N2 concentration. In all studied nanofilm structures, the dominant growth mechanism was the mixed Stranski–Krastanov mechanism.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.