Изучение особенностей формирования композитных структур на основе столбиков никеля в матрице диоксида кремния с помощью синхротронных XANES исследований в режиме регистрации выхода электронов или фотонов

Abstract

Методом синхротронной спектроскопии ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения (X-ray Absorption Near Edge Structure – XANES) проведена диагностика массивов столбиков никеля, случайным образом распределенных в слое SiO2 на подложке кремния. Столбики никеля были получены методом электрохимического осаждения металла в поры матрицы диоксида кремния, сформированные трековым методом. Латентные треки формировались путем облучения слоя SiO2 тяжелыми ионами золота на ускорителе института Хан-Майтнер (Берлин, Германия). Методом растровой электронной микроскопии установлены особенности заполнения пор металлом, показана специфика образования столбиков Ni, их морфология (поверхность и сколы). Для исследований электронно-энергетического строения массивов Ni столбиков методом XANES использовалось высокоинтенсивное синхротронное излучение ультрамягкого рентгеновского диапазона накопительного кольца BESSY II Гельмгольц Центра Берлин. Путем анализа локального окружения атомов никеля и кислорода по данным синхротронного метода XANES изучена специфика фазового состава поверхностных слоев, включая интерфейс столбик-матрица. Возможное образование фазы силицида никеля показано лишь при определенных режимах формирования массивов столбиков, в случае частичного разрушения матрицы диоксида кремния и при контакте металла с подложкой Si. Изучена специфика естественного окисления поверхности гетероструктуры столбик никеля - диоксид кремния.   ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ Исследование выполнено при поддержке гранта РФФИ (проект №18-32-01046 мол_а) и при частичной поддержке Миниcтеpcтва обpазования и науки Pоccийcкой Федеpации в pамкаx гоcудаpcтвенного задания ВУЗам в cфеpе научной деятельности на 2017–2020 гг. – пpоект № 16.8158.2017/8.9. БЛАГОДАРНОСТИ Авторы работы выражают благодарность Директору и администрации Гельмгольц Центра Берлин, а также Координаторам Российско-Германской лаборатории и каналов синхротрона BESSY II Гельмгольц Центра Берлин.     ЛИТЕРАТУРА Herino R. Sci. Eng. B, 2000, vol. 69-70, pp. 70-76. https://doi.org/10.1016/S0921-5107(99)00269-X Sasano J., Murota R., Yamauchi Y., Sakka T., Ogata Y. H. Electroanal. Chem., 2003, vol. 559, pp. 125-130. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(03)00383-8 Rumpf K., Granitzer P., Pölt P., Reichmann A., Krenn H. Thin Solid Films, 2006, vol. 515, pp. 716-720. https://doi.org/1016/S0022-0728(03)00383-810.1016/j.tsf.2005.12.182 Granitzer P., Rumpf K., Krenn H. Thin Solid Films, 2006, vol. 515, pp. 735-738. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.12.259 Fink D., Alegaonkar P. S., Petrov A. V., Wilhelm M., Szimkowiak P., Behar M., Sinha D., Fahrner W. R., Hoppe K., Chadderton L. T. Instr. Meth B, 2005, vol. 236, pp. 11-20. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2005.03.243 Ivanou D. K., Streltsov Е. A., Fedotov A. K., Mazanik A. V., Fink D., Petrov A. Thin Solid Films, 2005, vol. 490, pp. 154-160. https://doi.org/1016/j.tsf.2005.04.046 Ivanova Yu. A., Ivanou D. K., Fedotov A. K., Streltsov Е. A., Demyanov S. E., Petrov A. V., Kaniukov E. Yu., Fink D. Materials Science, 2007, vol. 42, pp. 9163–9169. https://doi.org/10.1007/s10853-007-1926-x Ragoisha G. A., Bondarenko A. S., Osipovich N. P., Rabchynski S. M., Streltsov E. A. Electrochimica Acta., 2008, vol. 53, pp. 3879-3888. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2007.09.017 Turishchev S. Yu., Parinova E. V., Fedotova J. A., Mazanik A. V., Fedotov A. K., Apel P. Yu. Condensed Matter and Interfaces, 2013, vol. 15, no. 1, pp. 54-58. URL: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_15_1_2013_010.pdf (in Russ.) Erbil A., Cargill III G. S., Frahm R., Boehme R. F. Rev. B, 1988, vol. 37, pp. 2450-2465. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.2450 Turishchev S. Yu., Terekhov V. A., Nesterov D. N., Koltygina K. G., Parinova E. V., Koyuda D. A., Schleusener A., Sivakov V., Domashevskaya E. P. Condensed Matter and Interfaces, 2016, V. 18, no. 1, pp. 130-141. URL: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_18_1_2016_014.pdf (in Russ.) Chuvenkova O. A., Domashevskaya E. P., Ryabtsev S. V., Yurakov Yu. A., Popov A. E., Koyuda D. A., Nesterov D. N., Spirin D. E., Ovsyannikov R. Yu., Turishchev S. Yu. Physics of the Solid State, 2015, vol. 57, no. 1, pp. 153-161. https://doi.org/10.1134/S1063783415010072 Turishchev S. Yu., Terekhov V. A., Koyuda D. A., Ershov A. V., Mashin A. I., Parinova E. V., Nesterov D. N., Grachev D. A., Karabanova I. A., Domashevskaya E. P. Semiconductors, 2017, vol. 51, no. 3 pp. 349-352. https://doi.org/10.1134/S1063782617030241 Kasrai M., Lennard W. N., Brunner R. W., Bancroft G. M., Bardwell J. A., Tan K. H. Surf. Sci., 1996, vol. 99, pp. 303-312. https://doi.org/10.1016/0169-4332(96)00454-0 Fedotova J., Saad A., Ivanou D., Ivanova Yu., Fedotov A., Mazanik A., Svito I., Streltsov E., Tyutyunnikov S., Koltunowicz T. N. Electrical Review, 2012, vol. 88, pp. 305-308. Zimkina T. M., Fomichev V. A. Ultrasoft X-ray spectroscopy. Leningrad, LGU Publ., 1971, 132 p. Stohr J. NEXAFS Spectroscopy. Springer, Berlin, 1996, 403 p. Regan T. J., Ohldag H., Stamm C., et al. Rev. B, 2001, vol. 64, p. 214422. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.214422 Barranco A., Yubero F., Espinós J. P., Groening P., González-Elipe A. R. Appl. Phys., 2005, vol. 97, p. 113714. https://doi.org/10.1063/1.1927278 Domashevskaya E. P., Storozhilov S. A., Turishchev S. Yu., Kashkarov V. M., Terekhov V. A., Stognei O. V., Kalinin Yu. E., Sitnikov A. V., Molodtsov S. L. Physics of the Solid State, 2008, vol. 50, no. 1, pp. 139-145. https://doi.org/10.1134/S1063783408010253 Terekhov V. A., Turishchev S. Y., and Domashevskaya E. P. / Ed. Sattler Klaus D. Systems of Silicon Nanocrystals and their Peculiarities (Chapter 5). Silicon Nanomaterials Sourcebook. Volume Two. Hybrid Materials, Arrays, Networks, and Devices. CRC Press, Taylor and Francis Group, 2017, 45 p.