АСМ-дослідження поверхні металічних конденсатів на монокристалічному кремнії та енергетичні параметри міжфазової взаємодії в системі «металічний конденсат—напівпровідник»

Abstract

У роботі за результатами атомно-силової мікроскопії досліджено топологію поверхні та структуру конденсатів міді, алюмінію та хрому на підложжях монокристалічного кремнію площини (111) для характерних товщин d: 2,5, 10, 50, 100 нм. Виконано кластерну статистичну аналізу поверхні одержаних конденсатів з використанням алґоритму Хошена—Копельмана, визначено характерні геометричні параметри кластерних наноутворень. Для досліджуваних металів з використанням макроскопічного підходу, що базується на співвідношеннях нерівноважної термодинаміки та фізики поверхні, оцінено енергетичні параметри міжфазової взаємодії у системі «металічний конденсат—кремній»: енергію міжфазової взаємодії, міжфазовий натяг, енергію адгезійних зв’язків та роботу адгезії. Обґрунтовуються відмінності морфології металічних конденсатів на кремнії.

В работе по результатам атомно-силовой микроскопии исследована топология поверхности и структура конденсатов меди, алюминия и хрома на подложках монокристаллического кремния плоскости (111) для характерных толщин d: 2,5, 10, 50, 100 нм. Выполнен кластерный статистический анализ поверхности полученных конденсатов с использованием алгоритма Хошена—Копельмана, определены характерные геометрические параметры кластерных нанообразований. Для исследованных металлов с использованием макроскопического подхода, базирующегося на соотношениях неравновесной термодинамики и физики поверхности, оценены энергетические параметры межфазного взаимодействия в системе «металлический конденсат—кремний»: энергия межфазного взаимодействия, межфазное натяжение, энергия адгезионных связей и работа адгезии. Обосновываются отличия морфологии металлических конденсатов на кремнии.

In this paper, the results of atomic force microscopy are used to investigate the surface topology and structure of condensates of copper, aluminium, and chromium on the (111) plane of monocrystalline silicon substrates with the characteristic thicknesses d: 2.5, 10, 50, and 100 nm. A cluster statistical analysis of obtained condensates’ surface is performed by means of the Hoshen—Kopelman algorithm; the character geometric parameters of cluster nanoformations are determined. For studied metals, the energy parameters of interphase interactions in the ‘metallic condensate—silicon’ system, such as energy of interface interaction, interfacial tension, adhesive bond energy and the work of adhesion, are estimated using macroscopic approach based on the relations of the surface non-equilibrium thermodynamics and physics. Differences in the morphology of metallic condensates on silicon are substantiated.