Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) осуществили новаторский эксперимент с двухслойными металлическими пленками. Результаты открывают возможности для разработки инновационных материалов и предотвращения нежелательных взаимодействий между слоями. Об этом сообщил один из авторов исследования, Сергей Жарков, старший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН, заведующий лабораторией электронно-структурных исследований ЦКП СФУ.
Значение тонких пленок и цель исследования
Материалы на основе тонких металлических пленок играют ключевую роль в микроэлектронике. Медь и золото незаменимы для электрических контактов, а наноматериалы из железа и палладия критически важны для технологий высокоплотной магнитной записи. Однако химические реакции, изменяющие состав фаз, часто ухудшают их свойства, например, повышают хрупкость. Специалисты СФУ сосредоточились на изучении процессов твердофазных реакций в двухслойных системах медь/золото (Cu/Au) и железо/палладий (Fe/Pd).
Перспективы управления реакциями
"Интерес к твердофазным реакциям связан с двумя ключевыми аспектами, — отметил Сергей Жарков. — Во-первых, они позволяют создавать новые соединения с минимальными энергозатратами при умеренных температурах. Во-вторых, крайне важно научиться предотвращать нежелательные взаимодействия между слоями металлов, используемых в микроэлектронной металлизации. Такие реакции при нагреве могут кардинально менять физико-механические параметры, что недопустимо".
Инновационная методика и ключевое открытие
В ходе работы исследователи наблюдали химические процессы на границе слоев в реальном времени. Нагрев пленок до высоких температур происходил непосредственно внутри электронного микроскопа, обеспечив беспрецедентную точность данных. Ученые установили, что твердофазная реакция приводит к образованию атомно-упорядоченных структур с уникальными физическими характеристиками. Авторы также предложили объяснение механизма их формирования.
Механизм формирования новых структур
"На примере системы Cu/Au мы продемонстрировали, — пояснил соавтор работы, научный сотрудник СФУ Евгений Моисеенко, — что взаимная диффузия меди и золота на начальной стадии вызывает измельчение зерен исходных материалов и образование нанокристаллитов твердого раствора Cu-Au. Впоследствии на их основе зарождается и растет новая упорядоченная фаза". Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда.
