Physical mechanisms of microstructure formation in niobium films under low temperature ionic-atomic deposition

Abstract

The molecular dynamics method has been used to study the effect of low-energy irradiation with self-ions on the microstructure and residual stresses arising in niobium films in the course of ion-atomic deposition. The ion flow constituted 10 % of the total atomic flow being deposited, the ion energy was 200 eV. After thermal deposition of the film at 300 К up to the thickness at which the steady-state density is attained, the ionic-atomic deposition of the film was performed. The growing film density was increased under ion action. This increase has been shown to be caused mainly by the film smoothing under ion bombardment that results in decreasing number of "micro-cracks" below which the pores are localized. The investigation results show that the ion action changes the character of internal microstresses. This is related with formation of interstitial atom clusters. A correlation has been found between the density of films formed, their microstructure and arising microstresses.

В работе методом молекулярной динамики исследовано влияние низкоэнергетического облучения собственными ионами на микроструктуру и остаточные напряжения, возникающие в пленках ниобия при атомно-ионном осаждении. Ионный поток составлял 10% от общего потока осаждаемых атомов, энергия ионов - 200 эВ. После термического осаждения пленки при температуре 300 К до толщины, при которой достигается стационарная плотность, проводилось атомно-ионное осаждение пленки. Ионное воздействие приводило к повышению плотности растущей пленки. Показано, что это происходит в основном благодаря сглаживанию поверхности пленки во время ионной бомбардировки, что приводит к уменьшению количества "микротрещин" под которыми располагаются поры. Результаты исследований свидетельствуют о том, что ионное воздействие изменяет характер внутренних микронапряжений. Это связано с образованием кластеров междоузельных атомов. Раскрыта корреляция между плотностью образуемых пленок, их микроструктурой и возникающими микронапряжениями.

У роботi методом молекулярної динамiки дослiджений вплив низькоенергетичного опромiнення власними iонами на мiкроструктуру та залишковi напруги, що виникають у плiвках нiобiю при атомно-iонному осадженнi. Iонний потiк становив 10% вiд загального потоку атомiв, що осаджують, енергiя iонiв - 200 еВ. Пiсля термiчного осадження плiвки при температурi 300 К до товщини, при якiй досягається стацiонарна щiльнiсть, проводилося атомно-iонне осадження плiвки. Iонний вплив приводив до пiдвищення щiльностi зростаючої плiвки. Показано, що це вiдбувається в основному завдяки згладжуванню поверхнi плiвки пiд час iонного бомбардування, що приводить до зменшення кiлькостi "мiкротрiщин" пiд якими розташовуються пори. Результати дослiджень свiдчать про те, що iонний вплив змiнює характер внутрiшнiх мiкронапруг. Це пов'язане з утворенням кластерiв мiжвузлевих атомiв. Розкрито кореляцiю мiж щiльнiстю утворених плiвок, їхньою мiкроструктурою й виникаючими мiкронапругами.