4. Ergebnisse 21
4.2. Aussheidungen nah Kodiusion von Kupfer und Nikel
4.2.2. Aussheidungen unter ni kelreihen Bedingungen
Um Aussheidungen zu untersuhen, die sih nah Kodiusion von Kupfer und Nikel
unter nikelreihen Bedingungen nah Gleihung 4.1 deniert als
Q Cu,N i < 1
bilden,wurde bei einem weiteren Kodiusionsexperiment dieRandbedingung für die Diusion
von Kupfer somodiziert,dass sihfür Kupfer einKonzentrationsprolbeigleihzeitig
fester Konzentrationvon Nikeleinstellte(Probe 4,Tab. B.1 inAnhang B.1).
Cu Cu
Ni
Ätzgrüb-chen
x z
KG
SEM/TEM
Abbildung 4.16.LihtmikroskopisheAufnahmeeinesQuershnittsdurheinebikristallineProbe
nahinhomogenerKodiusionvonCuundNibei900°Cund90sDiusionsdauer,
langsamer Abkühlung und Defektätzung(Seo, 5s). Die eingefügte Zeihnung
zeigt shematish die Lage des abgebildeten Probenbereihes, die Anordnung
deralsDiusionsquellenfürCuundNidienendenShihtenunddieKorngrenze
(KG). An derdurh einenPfeilgekennzeihnetenStelle wurden weitere
Unter-suhungenmitSEMundTEMdurhgeführt.
Die genaue Geometrie dieses Experimentes ist in Abb. 4.16 dargestellt. Nah
halb-seitigerKupferbedekung einer Probenoberähe und ganzseitiger Nikelbedekung der
anderen Oberähe und Kodiusion von Cu und Ni bei 900°C und 90s Dauer ist zu
erwarten, dass sihin x-Rihtung für Cu einabfallendes Konzentrationsprol bei fester
Nikelkonzentrationergibt. InÜbereinstimmungmitdieserErwartungzeigt dieinAbb.
4.16 dargestellte Ätzgrübhenuntersuhung, dass die Dihte von Ätzgrübhen mit der
für Kolonienaus Cu
3
Si-Aussheidungentypishen Morphologie inx-Rihtung abnimmt.íí
[111]
[112] í í
[ ]
KG KG
p1
Abbildung 4.17. SEM-AufnahmeeineseinzelnenÄtzgrübhens(p1) anderKorngrenze(KG)
ei-ner bikristallinen Probe nah Kodiusion von Cu und Ni (900°C, 90s) unter
nikelreihenBedingungen,langsamerAbkühlungundDefektätzung(Seo,5s).
DerplanareDefekt (p1)innerhalbdesÄtzgrübhensistin Abb.4.18mitTEM
imQuershnittdargestellt.
Ätzgrübhen, die innerhalb eines Bereihes der Probe liegen, in dem die
Kupfer-konzentration so gering ist, dass keine Ätzgrübhen mit der für Kolonien von Cu
3
Si-Aussheidungen typishen Form mehr erkennbar sind, weisen auf Aussheidungen hin,
die sih unter nikelreihen Bedingungen gebildet haben. Abb. 4.17 stellt eine
raster-elektronenmikroskopishe (SEM)Aufnahmeeinessolhen ÄtzgrübhensinAufsihtdar.
Das Ätzgrübhen liegt an der in Abb. 4.16 mit einem Pfeil markierten Stelle direkt an
der Korngrenze. Eshat eine länglihe Form, dieauf einenplanaren Defekt (p1) parallel
zu einer
(111)
-Ebene hinweist. Mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) war es mög-lih, entlang der unterbrohen gezeihneten Linie eine elektronentransparente Lamellefür TEM-Untersuhungen mit
112
-orientierter Oberähe zu präparieren.
Pt p1
KG [110] í [111]
KG [ ] [ ]
p2 p3
Abbildung 4.18.TEM-Aufnahme eines plätthenförmigen Teilhens (p1) innerhalb des in Abb.
4.17gezeigtenÄtzgrübhensanderKorngrenze(KG)einerbikristallinenProbe
nah KodiusionvonCuundNi (900°C,90s)unter nikelreihenBedingungen,
langsamer Abkühlungund Defektätzung (Seo,5s). Weitere Teilhen (p2 und
p3)liegenunterhalbdermitPlatinbedekten(Pt) Probenoberähe.
Die TEM-Aufnahme in Abb. 4.18 stellt einen Quershnitt durh diein Abb. 4.17
ge-zeigteProbenstellemiteinemÄtzgrübhenanderKorngrenzedar.DieProbenoberähe
istinfolgederFIB-Präparationmiteinera. 200nmdikenPt-Shiht(Pt)bedekt.Bei
Vergleih von Abb. 4.17 und Abb. 4.18 stellt sih heraus, dass der als Ursahe für die
Bildungdes ÄtzgrübhensvermuteteplanareDefekteinplätthenförmigesTeilhen(p1)
ist,dasaufeiner
(111)
-Ebeneangesiedeltist.ZweiweitereplätthenförmigeTeilhen(p2, p3)unterhalbderProbenoberähe liegenauf{111}
-Ebenen.DieTeilhensindungefährgleih groÿ bei einem Durhmesser von einem Mikrometer und eine Dike von 50 nm.
Plätthen dieserArtstelleneine typishe DefektstrukturvonAussheidungen vonNiSi
2
nah langsamer Abkühlung dar.
DieinAbb. 4.19dargestelltenPunktmessungen vonEDX-Spektrenanden
plätthen-förmigen Teilhen zeigen,dass es sihum Aussheidungen bestehend aus Si,Ni und Cu
handelt. Die zusätzlih auftretende Mo
Lα
-Linie ist auf den Probenhalter zurükzufüh-ren.DiegenaueZusammensetzungderAussheidunglässtsihdurhQuantizierungderSpektren nah der Methode von Cli und Lorimer bestimmen [78℄. Bei Teilhen dieser
Gröÿe liefertdie Si-Matrix andersals imFall der Kolonien kleinererTeilhen, die unter
kupferreihenBedingungenbeobahtet werden,keinenBeitragmehrzumSpektrum.Der
Si-AnteilderAussheidungenkannsomitexaktbestimmtwerden.Eszeigtsih,dass die
Aussheidungen aus NiundSiineinemVerhältnisvonungefähr1:2bestehen und dabei
einen Anteilvondurhshnittlih4At.% Cuenthalten.DiegroÿenPlätthenlassensih
somit wiediekleinerenpolyedrishen Teilhen,dienahKodiusionunterkupferreihen
Bedingungen vorliegen, vgl. Abshnitt 4.2.1.3, als Aussheidungen der NiSi
2
:Cu-Phaseidentizieren.
Aussheidung Molenbruh (At.%) partiellerMolenbruh (%)
Cu Ni Si Cu
p1
4.3 ± 0.5 33.0 ± 0.5 62.7 ± 1.0 11.5 ± 1.2
p2
3.9 ± 0.5 30.4 ± 0.5 65.7 ± 1.0 11.4 ± 1.2
p3
4.1 ± 0.8 31.9 ± 1.1 64.0 ± 2.1 11.4 ± 2.0
Tabelle 4.4. ZusammensetzungplätthenförmigerAussheidungennahKodiusionvonCuundNi
(900°C,90s)unternikelreihenBedingungenundlangsamerAbkühlung.DieAngaben
beruhenauf derquantitativenAnalysederinAbb.4.19gezeigtenEDX-Spektren.
Tabelle 4.4 stellt die Werte für die Zusammensetzung der NiSi
2
:Cu-Aussheidungen unter nikelreihen Bedingungen bei900°C zusammen. Beider Abweihung derZusam-mensetzung der Teilhen von der exakten Stöhiometrie für reines NiSi
2
ergibt sih einuneinheitlihes Bild:
Die Aussheidung p1 enthält den gleihen Anteil Ni wie binäres NiSi
2
. Die zusätzlihenthaltene Menge Cu führt zu einer Verringerung des Si-Anteils. Die Aussheidung p2
0 2 4 6 8 10 0
1000 2000 3000
Cu-K D Cu-K E
Mo-L D Ni-K E
Ni-K D
Ni-L D
Si-K D
In te n si tä t
E / keV
p1 p2 p3
(a)EDX-Spektren
p3 p2
p1
(b) STEM
Abbildung 4.19.(a)EDX-Spektrenund(b)STEM-AufnahmeplätthenförmigerAussheidungen
inSinahKo-DiusionvonCuundNi(900°C,90s)unterNi-reihenBedingungen
undlangsamerAbkühlung.DiequantitativeAnalysederSpektrenzeigt,dassdie
AussheidungenausNiundSiimVerhältnis1:2undzusätzliheinemAnteilvon
durhshnittlih 4At.%Cubestehen.
hingegen enthält den gleihen Anteil Si wie binäres NiSi
2
. Die zusätzlihe Menge Cuführthierzu einerVerringerungdes Ni-Anteils.Inder Aussheidung p3shlieÿlihführt
das zusätzlihvorhandene Cu sowohl zu einer Verringerungdes Si-wie des Ni-Anteils.
Auÿer der genauen Zusammensetzung ist in Tab. 4.4 auh der partielle Molenbruh
vonCu angegeben. DieWerte sind niedrigeralsdieder NiSi
2
:Cu-Aussheidungen unter kupferreihen Bedingungen bei 1050°C,vgl. Tabelle4.3.Die groÿen plätthenförmigen Aussheidungen werden von kleineren kugelförmigen
Teilhen dekoriert, wie in den STEM-Aufnahmen der Abb. 4.19 und Abb. 4.20 zu
se-hen ist. EDX-Spektren nah Punktmessungen an diesen Teilhen, dargestellt in Abb.
4.20, zeigen auÿer der Si
Kα
-Linie und für Cu harakteristishen Linien auh in gerin-ger Intensität die NiKα
-Linie. Die Teilhen lassen sih daher als Aussheidungen einer Kupfersilizid-Phase interpretieren. Der Ni-Anteil des in Abb. 4.20 mit k1 bezeihnetenTeilhens kann durh einen partiellen Molenbruh von
X N i (p) = 1.9 ± 1.3%
ausgedrüktwerden.Fürdas andereTeilhen(k2)istderBeitragderK
α
-LinievonNizumSpektrumniht signikant. Die in beiden Spektren auftretenden L-Linien von Iod lassen sih auf
eine unbeabsihtigte Kontaminationder Probe inder FIB-Kammerzurükführen.
0 2 4 6 8 10 0
500 1000 1500
Mo-L D O-K D
Si-K D Cu-L D
Cu-K E Cu-K D
Ni-K D I-L E
I-L D
In te n si tä t
E / keV
k1 k2
(a)EDX-Spektren
k2
k1
(b) STEM
Abbildung 4.20.(a) EDX-spektren und (b) STEM-Aufnahme kleinerer Aussheidungen einer
Kupfersilizid-Phase amRandplätthenförmigerNiSi
2
:Cu-Aussheidungennah Kodiusion von Cu und Ni (900°C, 90s) unter nikelreihen Bedingungen undlangsamerAbkühlung.