Журналов:     Статей:        

Российские нанотехнологии. 2019; 14: 23-29

Модификация структурно-фазового состояния и электрических свойств медьсодержащих фуллеритовых пленок при термическом отжиге в вакууме

Баран Л. В.

https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-7-8-23-29

Аннотация

Методами растровой и атомно-силовой микроскопии, рентгеновской дифракции, рентгеноспектрального микроанализа и дифракции отраженных электронов исследованы изменения структуры, элементного и фазового состава пленок фуллерит–медь с атомной долей металла 0.5, 1, 2 и 4%, осажденных на окисленные монокристаллические подложки кремния и подвергнутых термическому воздействию в вакууме при разных температурах (470, 520, 570 и 620 К). Установлено, что в результате термического отжига при Т = 520 К (t = 1 ч) формируется нанокристаллическая структура со средним размером структурных элементов 33, 42, 50 и 65 нм для пленок фуллерит–медь с атомной долей металла 0.5, 1, 2 и 4% соответственно. Повышение температуры и времени отжига приводит к увеличению размера структурных элементов и образованию новой фазы Cux C60, относящейся к моноклинной пр. гр. P2/m. Методом электросиловой микроскопии и четырехзондовым методом исследованы изменения локальных электрических свойств и удельного электросопротивления медьсодержащих фуллеритовых пленок при отжиге в вакууме.
Список литературы

1. Allemand P.-M., Khemani K.C., Koch A. et al. // Science. 1991. V. 253. P. 301. https://doi.org/10.1126/science.253.5017.301

2. Okur H.E., Prassides K. // J. Phys. Chem. Solids. 2019. V. 131. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2019.03.017

3. Lunin R.A., Velikodny Y.A., Bulychev B.M., Kulbachinskii V.A. // Polyhedron. 2015. V. 102. P. 664. https://doi.org/10.1016/j.poly.2015.10.044

4. Liu C.-L., Gong Q.-H., Chen Y.-X. et al. // Chinese Phys. Lett. 2001. V. 18. № 8. P. 1078. https://doi.org/10.1088/0256-307X/18/8/326

5. Местечкин М.М., Вайман Г.Е. // Журн. структур. химии. 1997. Т. 38. № 6. C. 1122.

6. Katz E.A., Faiman D., Shtutina S. et al. // Physica B: Condensed Matter. 2001. V. 304. № 1–4. P. 348. https://doi.org/10.1016/S0921-4526(01)00544-0

7. Xiang Li, Tang Y. J., Zhao H.W. et al. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. № 7. Р. 984. https://doi.org/10.1063/1.1287910

8. Bulychev B.M., Lunin R.A., Krechetov A.V. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2004. V. 65. № 2–3. P. 337. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2003.10.064

9. Попов Б.П. // Физика и техника полупроводников. 2005. Т. 39. № 4. С. 479.

10. Tamai A., Auwärter W., Cepek C. et al. // Surface Science. 2004. V. 566. Pt 1. P. 633. https://doi.org/10.1016/j.susc.2004.06.127

11. Popescu R., Macovei D., Devenyi A. et al. // Eur. Phys. J. B. 2000. № 13. P. 737. https://doi.org/10.1007/s100510050093

12. Janda Pavel, Kojucharow K., Dunsch Lothar. // Surface Science. 2005. V. 597. P. 26. https://doi.org/10.1016/j.susc.2004.06.217

13. Гатин А.А., Гришин М.В., Дохликова Н.В. и др. // Российские нанотехнологии. 2018. Т. 13. № 9–10. С. 3.

14. Шабатина Т.И., Верная О.И., Нуждина А.В. и др. // Российские нанотехнологии. 2018. Т. 13. № 3–4. С. 76.

15. Леонтьев В.К., Погорельский И.П., Фролов Г.А. и др. // Российские нанотехнологии. 2018. Т. 13. № 3–4. С. 88.

16. Мастеров В.Ф., Приходько А.В., Коньков О.И. и др. // Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. № 8. С. 71.

17. Коньков О.И. Школа В.Ф. // Физика и техника полупроводников. 2002. Т. 36. № 11. С. 1286.

18. Шпилевский Э.М., Баран Л.В., Окатова Г.П. // Перспективные материалы. 2003. № 3. С. 56.

19. Баран Л.В., Шпилевский Э.М., Ухов В.А. // Вакуумная техника и технология. 2004. № 1. Т. 14. С. 47.

20. Шпилевский Э.М., Баран Л.В. Структурные и фазовые изменения в пленках медь — фуллерен при ионной имплантации и термическом отжиге // Препринт № 5. Минск: Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси, 2004. 60 с.

21. Баран Л.В., Гусакова С.В. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2006. № 12. С. 49.

22. Баран Л.В. // Наноструктурное материаловедение. 2011. № 1. С. 50.

23. Ivanova V.N. // J. Struct. Chem. 2000. V. 41. № 1. P. 135. https://doi.org/10.1007/BF02684739

Title in english. 2019; 14: 23-29

Modification of the structural-phase state and electrical properties of copper-containing fullerite films during thermal annealing in vacuum

Baran L. V.

https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-7-8-23-29

Abstract

Using the methods of scanning and atomic force microscopy, X-ray diffraction, X-ray spectral microanalysis and diffraction of reflected electrons, were studied changes in the structure, elemental and phase composition of fullerite-copper films with an atomic metal fraction of 0.5, 1, 2 and 4%, deposited on oxidized single-crystal silicon substrates and subjected to thermal exposure in vacuum at different temperatures (470, 520, 570 and 620 K). It was found that thermal annealing at T = 520 K (t = 1 h) leads to the formation of a nanocrystalline structure with the average structural elements size of 33, 42, 50, and 65 nm for fullerite-copper films with the atomic fraction of metal of 0.5, 1, 2, and 4 % respectively. An increase in the temperature and annealing time leads to an increase in the size of structural elements and the formation of a new phase of CuxC60, which belongs to the monoclinic space group P2 / m. Using electric force microscopy and the four-probe method, were studied the changes in the local electrical properties and electrical resistivity of copper-containing fullerite films during vacuum annealing.

References

1. Allemand P.-M., Khemani K.C., Koch A. et al. // Science. 1991. V. 253. P. 301. https://doi.org/10.1126/science.253.5017.301

2. Okur H.E., Prassides K. // J. Phys. Chem. Solids. 2019. V. 131. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2019.03.017

3. Lunin R.A., Velikodny Y.A., Bulychev B.M., Kulbachinskii V.A. // Polyhedron. 2015. V. 102. P. 664. https://doi.org/10.1016/j.poly.2015.10.044

4. Liu C.-L., Gong Q.-H., Chen Y.-X. et al. // Chinese Phys. Lett. 2001. V. 18. № 8. P. 1078. https://doi.org/10.1088/0256-307X/18/8/326

5. Mestechkin M.M., Vaiman G.E. // Zhurn. struktur. khimii. 1997. T. 38. № 6. C. 1122.

6. Katz E.A., Faiman D., Shtutina S. et al. // Physica B: Condensed Matter. 2001. V. 304. № 1–4. P. 348. https://doi.org/10.1016/S0921-4526(01)00544-0

7. Xiang Li, Tang Y. J., Zhao H.W. et al. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. № 7. R. 984. https://doi.org/10.1063/1.1287910

8. Bulychev B.M., Lunin R.A., Krechetov A.V. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2004. V. 65. № 2–3. P. 337. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2003.10.064

9. Popov B.P. // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2005. T. 39. № 4. S. 479.

10. Tamai A., Auwärter W., Cepek C. et al. // Surface Science. 2004. V. 566. Pt 1. P. 633. https://doi.org/10.1016/j.susc.2004.06.127

11. Popescu R., Macovei D., Devenyi A. et al. // Eur. Phys. J. B. 2000. № 13. P. 737. https://doi.org/10.1007/s100510050093

12. Janda Pavel, Kojucharow K., Dunsch Lothar. // Surface Science. 2005. V. 597. P. 26. https://doi.org/10.1016/j.susc.2004.06.217

13. Gatin A.A., Grishin M.V., Dokhlikova N.V. i dr. // Rossiiskie nanotekhnologii. 2018. T. 13. № 9–10. S. 3.

14. Shabatina T.I., Vernaya O.I., Nuzhdina A.V. i dr. // Rossiiskie nanotekhnologii. 2018. T. 13. № 3–4. S. 76.

15. Leont'ev V.K., Pogorel'skii I.P., Frolov G.A. i dr. // Rossiiskie nanotekhnologii. 2018. T. 13. № 3–4. S. 88.

16. Masterov V.F., Prikhod'ko A.V., Kon'kov O.I. i dr. // Pis'ma v ZhTF. 1999. T. 25. № 8. S. 71.

17. Kon'kov O.I. Shkola V.F. // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2002. T. 36. № 11. S. 1286.

18. Shpilevskii E.M., Baran L.V., Okatova G.P. // Perspektivnye materialy. 2003. № 3. S. 56.

19. Baran L.V., Shpilevskii E.M., Ukhov V.A. // Vakuumnaya tekhnika i tekhnologiya. 2004. № 1. T. 14. S. 47.

20. Shpilevskii E.M., Baran L.V. Strukturnye i fazovye izmeneniya v plenkakh med' — fulleren pri ionnoi implantatsii i termicheskom otzhige // Preprint № 5. Minsk: Institut teplo- i massoobmena im. A.V. Lykova NAN Belarusi, 2004. 60 s.

21. Baran L.V., Gusakova S.V. // Poverkhnost'. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neitronnye issledovaniya. 2006. № 12. S. 49.

22. Baran L.V. // Nanostrukturnoe materialovedenie. 2011. № 1. S. 50.

23. Ivanova V.N. // J. Struct. Chem. 2000. V. 41. № 1. P. 135. https://doi.org/10.1007/BF02684739