О неразрушающем профилировании состава тонких металл-оксидных наноструктур методами спектроэллипсометрии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Рассмотрены принципы спектральной поляризационной рефлектометрии и эллипсометрии для неразрушающего контроля тонких металл-оксидных наноструктур – рабочих материалов металл-оксидной наноэлектроники. Спектральные измерения рефлектометрических и эллипсометрических параметров позволяют восстановить профиль состава неоднородного по объему слоя металл-оксидного нанокомпозита путем решения интегрального уравнения 1 рода типа Фредгольма. Метод был протестирован при исследовании структуры и состава термооксидного слоя при электроконтактном нагреве тонкой пленки стали на основе системы Fe–18Cr в области низкотемпературного активирования, где при изменении активности окислителя структура, состав и электрические свойства неоднородного поверхностного термооксидного слоя существенно изменяются.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. A. Котенев

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина

Author for correspondence.
Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, ИФХЭ РАН Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071

References

  1. Resistive Switching. From Fundamentals of Nanoionic Redox Processes to Memristive Device Applications // Eds D. Ielmini and R. Waser. Weinheim: Wiley, 2016.
  2. Kim T.H., Jang E.Y., Lee N.J. et al. // Nano Lett. 2009. V. 9. 2229.
  3. Yoo J.W., Hu Q., Baek Y.-J. et al. // Appl.Phys. 2012. V. 45. P. 225304.
  4. Baek Y.-J., Q. Hu, Yoo J.W. // Nanoscale. 2013. V. 5. P. 772.
  5. Nagashima K., Yanagida T., Oka K. et al. // Nano Lett. 2010. V. 10. P. 1359.
  6. Котенев В.А., Высоцкий В.В. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2019. Т. 55. № 5. С. 522-530.
  7. Pham K.N., Ta K.H.T., Nguyen L.T.T., Tran V.C. and Phan B.T. // Advances in Materials Physics and Chemistry. 2016. V. 6. P. 21. http://dx.doi.org/10.4236/ampc.2016.63003
  8. Fu Y., Chen J., Zhang J. // Chem. Phys. Lett. 2001. V. 350. P. 491.
  9. Котенев В.А., Киселев М.Р., Золотаревский В.И., Цивадзе А.Ю. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2014. Т. 50. № 4. С. 399.
  10. Soler M.A.G., Qu F. // Raman Spectroscopy for Nanomaterials Characterization / Ed. Ch.S.S.R. Kumar. Berlin, Heidelberg: Springer, 2012. P. 379.
  11. Paranaiba O., Neto V. // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. 2014. V. 11. P. 1.
  12. Li D., and Du Y. Artificial intelligence with uncertainty. N. Y.: Chapman & Hall/CRC, Taylor & Francis Group, 2007.
  13. Kotenev V.A. // Proc. SPI E. 1992. V. 1843. P. 259.
  14. Kaiser J.H. // Appl. Phys. B. 1988. V. 45. P. 1.
  15. Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям: Основы реконструктивной томографии. М.: Мир, 1983. 352 с.
  16. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986. 287 с.
  17. Верлань А.Ф., Сизиков В.С. Интегральные уравнения. Киев: Наук. Думка, 1986. 543 с.
  18. Azzam R.M.A., Bashara N.M. Ellipsometry and Polarized Light. Amsterdam: North-Holland, 1977.
  19. Hunderi O. // Surface Science. 1980. V. 96. № 1. P. 1.
  20. Lorentz H.A. // Wiedem. Ann. 1880. V. 9. P. 641.
  21. Lorenz L. // Wiedem Ann. 1881. V. 11. P. 70.
  22. Yan X., Wang J., Zhao M., Li X. et al. // Applied Physics Letters. 2018. V. 113. № 1. 013503. https://doi.org/10.1063/1.5027776
  23. Gergel-Hackett N., Tedesco J.L., Richter C.A. // Proceedings of the IEEE. 2012. V. 100. № 6. P. 1971.
  24. Котенев В.А. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2023. Т. 59. № 4. С. 387–396.
  25. Котенев В.А. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2021. Т. 57. № 6. С. 609–617.
  26. Котенев В.А. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2024. Т. 60. № 5. С. 501–506.
  27. Котенев В.А. // Защита металлов. 2003. Т. 39. № 4. С. 437-447.
  28. Tanaka T. // Jap. J. Appl. Phys. 1979. V. 18. P. 1043.
  29. Idczak E., Oleszkiewicz E. // Thin Solid Films. 1981. V. 77. P. 301.
  30. Винчелл А.Н., Винчелл Г.В. Оптические свойства искусственных минералов. М.: Мир, 1967.
  31. Hua S.B., Jin T., Guo X. // Int. J. Extrem. Manuf. 2024. V. 6. 032008.
  32. Окисление металлов / Под ред. Бенара Ж.М. Металлургия, 1968. Т. 2. 448 с.
  33. Boggs W.E., Kachik R.H., Pellizier G.E. // J. Electrochem. Soc. 1965. V. 112. № 6. P. 539.
  34. Boggs W.E., Kachik R.H., Pellizier G.E. // J. Electrochem. Soc. 1967. V. 114. № 1. P. 32.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Optical model of a multilayer structure: a – environment, s – substrate (metal), m – total number of sublayers, dj – thickness of the j-th sublayer, Nj – complex refractive index of the j-th sublayer.

Download (158KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Spectra of ellipsometric parameters Δ(a) and ψ(b) obtained on an annealed surface (1 hour, 10⁻⁸ Torr, 670 K) and after 1 hour of oxidation (0.05 Torr) at 570 K; λ is the wavelength of light, nm.

Download (206KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Calculated profiles of the volume content T of chromium oxides (a) and iron oxides (b) in a heterogeneous surface oxide, obtained on an annealed surface (1 hour, 10⁻⁸ Torr, 670 K) and after 1 hour of oxidation (0.05 Torr) at 570 K; x is the coordinate “in depth” of the oxide.

Download (246KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Morphology (a) and elemental composition (b) of the surface of Kh18N10T steel after electric contact heating at 570 K for 1 hour at a pressure of 0.05 Torr.

Download (397KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences