βfesilt2gt薄膜的制备及fesi多层膜的结构与互扩散研究

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1、摘要本文采用X射线衍射分析(XRD)结合原子力显微分析(AFM)及高分辨电子显微分析方法(HRTEM)，研究了B．FeSi2薄膜的形成和生长以及Fe／Si多层膜的结构与互扩散。采用离子束溅射Fe靶的方法在973K的Si(111)衬底上得到厚度为500nm的单相p．FeSi2薄膜，高分辨透射电镜证实该B—FeSi2薄膜为局部外延且与Si衬底的界面明显。采用离子束分别溅射Fe靶和si靶的方法制备出4周期和10周期的【20nmFe／64nmSi]多层膜，对多层膜在973K真空退火60分钟得到厚度分别为360nlil和850

2、nln的单相13-FeSi2薄膜。利用原位x射线衍射法进行了Fe／Si多层膜的结构和互扩散研究，确定了调制波长、平均成分和界面粗糙度等参数，确定出Fe／Si多层膜在低温退火过程中的互扩散系数为：DL(丁)=4．53×10。2exp(-0．16eV／KBT)[m2／s](573K～623K)膜内相对高密度的界面为扩散原子提供了短程快扩散通道，这是扩散激活能较小的主要原因，利用非平衡缺陷暂时捕获扩散原子的机制半定量地解释了扩散过程中较小的前置系数现象。对质子和电子综合辐照下Fe／Si多层膜的互扩散进行了研究，结果表明：质

3、子和电子综合辐照下的Fe／Si多层膜发生了原子迁移、重排进而引起结构弛豫和晶化。随着辐照剂量增加，多层膜一级调制峰显著下降，同时Fe非晶相最近邻原子间距减小，短程有序范围增加，说明质子和电子综合辐照促进了Fe／Si多层膜的互扩散。关键词13-FeSi2；反应沉积外延；互扩散；多层膜；质子电子综合辐照查坐奎兰三耋堡圭兰堡篓苎AbstractInthispapeLformmionofthe13-FeSi2filmsandinterdiffusionoftheFe／Simullilayerswereinvestigated

4、byemployingX·raydiffraction，atomforcemicroscopyandhigh。resolutiontransmissionelectronmicroscopy．Theoptimalexperimentalparameterof13-FeSi2filmsbyreactivedepositionepitaxywasat973K．ItwasprovedthatB—FeSi2filmwassuccessfullygrownonSisubstrateandtheinterfacebetweenf

5、ilmandsubstratewassharp．Themonophase0-FeSi2filmswiththethicknessof360nmand850nmwerealsosuccessfullyobtainedbypost-annealing4-periodand10-period[20nmFe／64nmSi]multilayersat973Kfor60mins．ThestructuralpropertiesandinterdiffusionofFelSimultilayerswereinvestigatedby

6、meansofinsituX—raydiffraction．ThediffusivitieshaveanArrhenius-typetemperaturedependenceandcanbedescribedas：DL(丁)=4,53×10。2exp(一0．16eV／KBT)【m2／s](573K～623K)Thelowvaluesobtainedfortheinterdiffusionactivationenthalpiesmayresultfrominternal“short—circuit”lowresista

7、ncediffusionpaths。suchasdenseinterface，inthemultilayers，TheinfluenceofprotonandelectronirradiationontheinterdiffusionoftheFe／Simultilayerswasinvestigated．Theatomicmovement，rearrangementcausedbytheirradiationresultedinthestructuralrelaxationandthecrystallization

8、ofthemultilayers，whichisthereasonofthepromotionoftheinterdiffusioninthemultilayersKeywords13-FeSi2；reactivedepositionepitaxy；interdiffusion；multilayers；protonandelectronirra