Dresden 2003 – wissenschaftliches Programm

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DS: Dünne Schichten

DS 17: Ionenimplantation II

DS 17.2: Vortrag

Donnerstag, 27. März 2003, 10:30–10:45, GER/37

Durchmischung von Metall/Silizium Grenzflächen mit hochenergetischen Ionen — •C. Rumbolz¹, W. Bolse¹, S. Klaumünzer² und F. Schrempel³ — ¹Institut für Strahlenphysik, Universität Stuttgart — ²Ionenstrahllabor, Hahn-Meitner-Institut, Berlin — ³Institut für Festkörperphysik, Universität Jena

Wir haben die Grenzflächendurchmischung aufgrund des elektronischen Energieverlusts schneller schwerer Ionen an Cu-, Ni- und Fe beschichteten Si-Substraten untersucht und verglichen mit der thermisch induzierten Festkörperreaktion. Dazu wurden die etwa 150 nm dicken Metallschichten auf (100)-Si mit 90-350 MeV Ar-, Kr-, Xe- und Au-Ionen bestrahlt (elektronischer Energieverlust 10-55 keV/nm). Zum Vergleich wurden gleichartige Proben unter Ar-Atmosphäre für jeweils 60 min bei Temperaturen zwischen 100 ^∘C und 500 ^∘C geheizt. Anschließend wurde mit Hilfe von Rutherford Rückstreu Spektroskopie der Konzentrationsverlauf des Metalls und des Siliziums im Vergleich zur unbehandelten Probe untersucht. Der stärkste Mischeffekt wird beim Fe/Si beobachtet, dessen Mischrate oberhalb einer Schwelle von etwa 20 keV/nm stark ansteigt. Ni/Si zeigt einen etwas schwächeren Anstieg oberhalb 25 keV/nm, während Cu/Si selbst bei Au-Bestrahlung (54 keV/nm) noch keine Veränderung aufweist. Bei thermischer Behandlung ergibt sich ein genau umgekehrtes Bild: Cu/Si zeigt schon bei Temperaturen unter 100 ^∘C eine starke Reaktion, während Ni/Si und Fe/Si erst bei Temperaturen von 250 ^∘C bzw. 300 ^∘C reagieren. Die Ergebnisse werden anhand der thermischen Eigenschaften der Metalle im Rahmen des Thermal Spike Modells diskutiert.