اثرات مخالف ولتاژ بایاس زیرلایه و نسبت جریان نینتروژن به آرگون بر روی تشکیل فاز مس (Cu)/مس نیتراید (Cu₃N) در الگوهای پراش اشعه‌ی ایکس لایه‌های نازک Cu₃N انباشت شده به روش کندوپاش

مولف: علی کوثری مهر

اثرات مخالف

در سال 2003، تاثیر ولتاژ بایاس و نسبت‌های نرخ جریان نیتروژن به نرخ جریان آرگون بر روی ساختار بلوری لایه‌های نازک Cu₃N بررسی شد. هنگامی که ولتاژ بایاس زیرلایه برقرار نباشد و لایه‌های نازک با نرخ جریان نیتروژنی به اندازه‌ی کافی کوچک انباشت گردند (مثلا smL/min 2)، صفحات (100) و (111) مس نیتراید در الگوهای پراش اشعه‌ی ایکس شناسایی می‌شوند. با اینحال همانطور که مقدار ولتاژ بایاس افزایش پیدا می‌کند، شدت قله‌های متناظر با این صفحات کاهش پیدا می‌کند (تا به مقدار صفر می‌رسد) و همچنین قله‌هایی متناظر با صفحات (100) و (111) مس ظهور پیدا می‌کنند. هنگامی که ولتاژ بایاس زیرلایه برقرار باشد و لایه‌های نازک با نرخ جریان نیتروژنی به اندازه‌ی کافی بزرگتر انباشت گردند (مثلا 4، 7 و 10 smL/min)، قله‌های متناظر با صفحات Cu₃N و Cu به صورت همزمان در الگوهای پراش اشعه‌ی ایکس مشاهده می‌گردند؛ افزایش مقدار ولتاژ بایاس منجر به کاهش شدت قله‌های مس نیتراید و افزایش شدت قله‌های مس می‌شود [1]. در این راستا در پژوهشی دیگر که در سال 2020 صورت پذیرفت، ساختار بلوری لایه‌های نازک Cu₃N که در اتمسفر نیتروژن خالص و با بکارگیری مقادیر متفاوت ولتاژ بایاس زیرلایه انباشت شده بودند، تحت مطالعه قرار گرفت. در این پژوهش مشخص شد که هیچگونه قله‌ای متناظر با صفحات مس در در الگوهای پراش اشعه‌ی ایکس دیده نمی‌شود فارغ از اینکه ولتاژ بایاس به زیرلایه اعمال گردد یا خیر [2].

با توجه به مشاهداتی که بدان اشاره شد، می‌توان اذعان نمود که حضور فاز مس در کنار فاز مس نیتراید در الگوهای پراش اشعه‌ی ایکس بدین دلیل اتفاق می‌افتد که لایه‌های نازک مس نیتراید تمایل دارند تا در هنگام قرار گرفتن در معرض بمباران یونی ناشی از اعمال ولتاژ بایاس به زیر لایه، نیتروژن خود را از دست بدهند؛ این اثر به اختصار کندوپاش مجدد یا بازکندوپاش نیتروژن نامیده می‌شود. همچنین، می‌توان بدین نتیجه رسید که ولتاژ بایاس زیرلایه و نسبت جریان نیتروژن به آرگون در مشاهده شدن فازهای مس/مس نیتراید اثراتی مخالف یکدیگر دارند. به زبان دیگر در نسبت‌های بالاتر نرخ جریان نیتروژن به نرخ جریان آرگون، به مقادیر ولتاژ بایاس زیرلایه‌ی بیشتری برای حذف کامل فاز مس نیتراید در الگوهای پراش اشعه‌ی ایکس نیاز است [1,2].

منابع:

1. PiersonJF (2003) Influence of bias voltage on copper nitride films deposited by reactive sputtering. Surf Eng 19:67–69. Webpage

2. Zamani Meymian MR, Delavari Heravi A, Kosari Mehr A (2020) Influence of bias voltage on optical and structural characteristics of Cu3N films deposited by reactive RF magnetron sputtering in a pure nitrogen atmosphere. Mater Sci Semicond Process 112:104995. Webpage 

3. Zhang G, Lu Z, Pu J, et al (2013) Structure and Thermal Stability of Copper Nitride Thin Films. Indian J Mater Sci 2013:1–6. Webpage