OPRACOWANIE TECHNOLOGII OSADZANIA I POMIARÓW ZMIĘNNOPRĄDOWYCH ULTRACIENKICH WARSTW MIEDZI
Aleksandra Wilczyńska
aleksandra.wilczynska@pollub.edu.plPolitechnika Lubelska, Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć (Polska)
http://orcid.org/0000-0002-5630-1078
Karolina Czarnacka
Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie (Polska)
http://orcid.org/0000-0003-1434-734X
Andrzej Kociubiński
Politechnika Lubelska, Katedra Elektroniki i Technik Informacyjnych (Polska)
http://orcid.org/0000-0002-0377-8243
Tomasz Kołtunowicz
Politechnika Lubelska, Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć (Polska)
http://orcid.org/0000-0001-7480-4931
Abstrakt
W niniejszej pracy przedstawione zostały właściwości transportowe nieciągłych 4 nm warstw miedzi otrzymanych metodą dwuźródłowego niereaktywnego rozpylania magnetronowego w obecności argonu. Wartość rezystancji i pojemności prądu równoległego do płaszczyzny tych warstw można dostrajać niezależnie poprzez zmianę nominalnej grubości metalizacji. Przebadano wpływ częstotliwości na konduktywność otrzymanych struktur w zakresie od 4 Hz do 8 MHz. Dodatkowo, w celu porównania nieutlenionych i utlenionych warstw niektóre z nich zostały wygrzane w temperaturze 500 °C. Na podstawie otrzymanych wyników określono mechanizm przenoszenia ładunków elektrycznych, którego znajomość jest niezbędna do planowania kolejnych eksperymentów bazujących na tej metodzie napylania oraz potencjalnym doborze przyszłego zastosowania struktur. Statystyczne pomiary w temperaturze pokojowej posłużą za punkt odniesienia dla wartości konduktywności i rezystywności otrzymanych na drodze obliczeń matematycznych z pomiarów rezystancji, pojemności, kąta przesunięcia fazowego oraz tangensa strat dielektrycznych w funkcji temperatury od 20 K do 375 K, które przewidywane są w dalszej części badań nad otrzymanymi strukturami. Praca stanowi wstęp do technologii otrzymywania wielowarstwowych struktur typu metal-dielektryk.
Słowa kluczowe:
rozpylanie magnetronowe, ultra cienkie warstwy, pomiary zmiennoprądowe, pomiary konduktywności, transport ładunków, warstwy miedziBibliografia
Beck R.: Technologia krzemowa. PWN, Warszawa, 1991.
Google Scholar
Biegański P., Dobierzewska-Mozrzymas E.: Electrical properties of discontinuous copper films. International Journal of Electronics 70, 1991, 499–504, [http://doi.org/10.1080/00207219108921300].
DOI: https://doi.org/10.1080/00207219108921300
Google Scholar
Cemin F., Lundin D.: Low electrical resistivity in thin and ultrathin copper layers grown by high power impulse magnetron sputtering. Journal of Vacuum Science & Technology A 34(5), 2016, 051506-1–051506-7 [http://doi.org/10.1116/1.4959555].
DOI: https://doi.org/10.1116/1.4959555
Google Scholar
Chakarvarki S. K.: Track-etch membranes enabled nano-/microtechnology: A review. Radiation Measurements 44(9–10), 2009, 1085–1092, [http://doi.org/10.1016/j.radmeas.2009.10.028].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2009.10.028
Google Scholar
Chebakova K. A., Dzidziguri E. L. et al.: Open AccessArticle X-ray Fluorescence Spectroscopy Features of Micro- and Nanoscale Copper and Nickel Particle Compositions, Nanomaterials 11(9), 2021, 2388, [http://doi.org/10.3390/nano11092388].
DOI: https://doi.org/10.3390/nano11092388
Google Scholar
Dingle R. B.: The electrical conducticity of thin wires. Proceeding of the Royal Society A Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1950, [http://doi.org/10.1098/rspa.1950.0077].
DOI: https://doi.org/10.1098/rspa.1950.0077
Google Scholar
Fedotov A., Mazanik A., Svito I., Saad A., Fedotova V., Czarnacka K., Kołtunowicz T. K.: Mechanism of Carrier Transport in Cux(SiO2)1-x Nanocomposites Manufactured by Ion-Beam Sputtering with Ar Ions, Acta Physica Polonica A 128, 2015, [http://doi.org/10.12693/APhysPolA.128.883].
DOI: https://doi.org/10.12693/APhysPolA.128.883
Google Scholar
Giroire B., Ali Ahmad M., Aubert G., Teule-Gay L., Michau D., Watkins J. J., Aymonier C., Poulon-Quintin A.: A comparative study of copper thin films deposited using magnetron sputtering and supercritical fluid deposition techniques, Thin Solid Films 643, 2017, 53–59, [http://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.09.002].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.09.002
Google Scholar
Grimmet G.: Percolation, 2nd ed. Springer-Verlag, Berlin 1999, [http://doi.org/10.1007/978-3-662-03981-6].
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-03981-6
Google Scholar
Hill R. M.: Electrical conduction in discontinuous metal films. Contemporary Physics 10, 1969, 221–240, [http://doi.org/10.1080/00107516908224594].
DOI: https://doi.org/10.1080/00107516908224594
Google Scholar
Imantalab O., Fattah-alhosseini A., Keshavarz M. K., Mazaheri Y.: Electrochemical Behavior of Pure Copper in Phosphate Buffer Solutions: A Comparison Between Micro- and Nano-Grained Copper. Journal of Materials Engineering and Performance 25, 2016, 697–703, [http://doi.org/10.1007/s11665-015-1836-z].
DOI: https://doi.org/10.1007/s11665-015-1836-z
Google Scholar
Kah-Toong Chan, Teck-Yong Tou, Bee-San Teo: Thickness dependence of the structural and electrical properties of copper films deposited by dc magnetron sputtering technique. Microelectronics Journal 37(7), 2006, 608–612, [http://doi.org/10.1016/j.mejo.2005.09.016].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2005.09.016
Google Scholar
Kołtunowicz T. N., Żukowski P., Czarnacka K., Bondariev V., Boiko O., Scito I. A., Fedotov A. K.: Dielectric properties of nanocomposite (Cu)x(SiO2)(100−x) produced by ion-beam sputtering. Journal of Alloys and Compounds 652, 2015, 444–449, [http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.08.240].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.08.240
Google Scholar
Lacy F.: Developing a theoretical relationship between electrical resistivity, temperature, and film thickness for conductors. Nanoscale Research Letters 6, 2011, 1–14, [http://doi.org/10.1186/1556-276X-6-636].
DOI: https://doi.org/10.1186/1556-276X-6-636
Google Scholar
Lim J. W., Isshiki M.: Electrical resistivity of Cu films deposited by ion beam deposition: Effects of grain size, impurities, and morphological defect. Journal of Applied Physics 99, 2006, 094909-1–094909-7, [http://doi.org/10.1063/1.2194247].
DOI: https://doi.org/10.1063/1.2194247
Google Scholar
Lin Zhang, Xu Lu, Xinyu Zhang, Li Jin, Zhou Xu, Z.-Y. Cheng: All-organic dielectric nanocomposites using conducting polypyrrole nanoclips as filler. Composites Science and Technology 167, 2018, 285–293, [http://doi.org/10.1016/j.compscitech.2018.08.017].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2018.08.017
Google Scholar
Liu H.-D., Zhao Y.-P., Ramanath G., Murarka S. P., Wang G.-C.: Thickness dependent electrical resistivity of ultrathin (<40 nm) Cu films. Thin Solid Films 384(1), 2011, 151–156, [http://doi.org/10.1016/S0040-6090(00)01818-6].
DOI: https://doi.org/10.1016/S0040-6090(00)01818-6
Google Scholar
Mech K., Kowalik R., Żabiński P.: Cu thin films deposited by DC magnetron sputtering for contact surfaces on electronic components. Archives of Metallurgy and Materials 56(4), 2011, 903–908, [http://doi.org/10.2478/v10172-011-0099-4].
DOI: https://doi.org/10.2478/v10172-011-0099-4
Google Scholar
Mott N. F., Davies E. A.: Electronic process in non-crystalline materials. Claredon Press, Oxford 1979.
Google Scholar
Poklonskii N. A., Gorbachuk N. I.: Fundamentals of impedance Spectroscopy of composites. Belarusian State University, Minsk 2005.
Google Scholar
Svito I., Fedotov A. K., Kołtunowicz T. N., Żukowski P., Kalinin Y., Sitnikov A., Czarnacka K., Saad A.: Hopping of electron transport in granular Cux(SiO2)1–x nanocomposite films deposited by ion-beam sputtering. Journal of Alloys and Compounds 615, 2014, S371–S374, [http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.01.136].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.01.136
Google Scholar
Yang Yu.: Deposited mono-component Cu metallic glass: a molecular dynamics study Materials Today Communications 26, 2021, 102083-1–102083-5, [http://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102083].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102083
Google Scholar
Yarimbiyik A. E., Schafft H. A., Allen R. A., Vaudin M. D., Zaghloul M. E.: Experimental and simulation studies of resistivity in nanoscale copper films, Microelectronics Reliability 42(2), 2009, 127–134, [http://doi.org/10.1016/j.microrel.2008.11.003].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.microrel.2008.11.003
Google Scholar
Zhigal'skii, G. P., Jones B. K.: The physical properties of thin metal films. Vol. 13. CRC Press, London 2003.
DOI: https://doi.org/10.1201/9780367801113
Google Scholar
Żukowski P., Kołtunowicz T. K., Partyka J., Węgierek P.: Dielectric properties and model of hopping conductivity of GaAs irradiated by H + ions, Vacuum 81(10), 2007, 1137–1140, [http://doi.org/10.1016/j.vacuum.2007.01.070].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2007.01.070
Google Scholar
Żukowski P., Kołtunowicz T. N., Boiko O., Bondariev V., Czarnacka K., Fedotova J. A., Fedotov A. K., Svito I. A.: Impedance model of metal-dielectric nanocomposites produced by ion-beam sputtering in vacuum conditions and its experimental verification for thin films of (FeCoZr)x(PZT)(100−x), Vacuum 120, 2015, 37–43, [http://doi.org/10.1016/j.vacuum.2015.04.035].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2015.04.035
Google Scholar
Żukowski P., Kołtunowicz T. N., Partyka J., Fedotova Yu. A., Larkin A. V.: Hopping conductivity of metal-dielectric nanocomposites produced by means of magnetron sputtering with the application of oxygen and argon ions. Vacuum 83(3), 2009, S280–S283, [http://doi.org/10.1016/j.vacuum.2009.01.082].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2009.01.082
Google Scholar
Autorzy
Aleksandra Wilczyńskaaleksandra.wilczynska@pollub.edu.pl
Politechnika Lubelska, Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć Polska
http://orcid.org/0000-0002-5630-1078
Autorzy
Karolina CzarnackaUniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Polska
http://orcid.org/0000-0003-1434-734X
Autorzy
Andrzej KociubińskiPolitechnika Lubelska, Katedra Elektroniki i Technik Informacyjnych Polska
http://orcid.org/0000-0002-0377-8243
Autorzy
Tomasz KołtunowiczPolitechnika Lubelska, Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć Polska
http://orcid.org/0000-0001-7480-4931
Statystyki
Abstract views: 271PDF downloads: 176
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Inne teksty tego samego autora
- Andrzej Kociubiński, Dawid Zarzeczny, Maciej Szypulski, Aleksandra Wilczyńska, Dominika Pigoń, Teresa Małecka-Massalska, Monika Prendecka, MONITOROWANIE HODOWLI KOMÓRKOWYCH W CZASIE RZECZYWISTYM PRZY ZASTOSOWANIU NIKLOWYCH KONDENSATORÓW GRZEBIENIOWYCH , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 10 Nr 2 (2020)
- Jakub Kisała, Karolina Czarnacka, Mateusz Gęca, Andrzej Kociubiński, TECHNOLOGIA I POMIARY MAGNETOOPORU W CIENKOWARSTWOWYCH STRUKTURACH FERROMAGNETYCZNYCH , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 10 Nr 1 (2020)
- Jakub Kisała, Andrzej Kociubiński, Karolina Czarnacka, Mateusz Gęca, ZJAWISKO GIGANTYCZNEGO MAGNETOOPORU OBSERWOWANE W CIENKICH STRUKTURACH NiFe/Cu/NiFe , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 12 Nr 3 (2022)
- Oleksandr Boiko, Tomasz Kołtunowicz, POMIARY WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNYCH NANOKOMPOZYTÓW O STRUKTURZE STOP METALICZNY FeCoZr W MATRYCY DIELEKTRYCZNEJ PbZrTiO3 , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 5 Nr 3 (2015)
- Konrad Kierczyński, Tomasz Kołtunowicz, WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE NANOKOMPOZYTÓW (FeCoZr)x(Al2O3)(100-x) WYTWORZONYCH ROZPYLANIEM WIĄZKĄ ARGONU I TLENU JAKO UKŁADY KONDENSATOROWE , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 5 Nr 2 (2015)
- Vitalii Bondariev, Tomasz Kołtunowicz, WPŁYW WYSOKOTEMPERATUROWEGO WYGRZEWANIA NA WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE NANOKOMPOZYTU (FeCoZr)81,8(CaF2)18,2 , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 5 Nr 4 (2015)