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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 Lamelle

für 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.DieTeilhensindungefähr

gleih 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

-Linie ist auf den Probenhalter zurükzufüh-ren.DiegenaueZusammensetzungderAussheidunglässtsihdurhQuantizierungder

Spektren 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-Phase

identizieren.

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 der

Zusam-mensetzung der Teilhen von der exakten Stöhiometrie für reines NiSi

2

ergibt sih ein

uneinheitlihes Bild:

Die Aussheidung p1 enthält den gleihen Anteil Ni wie binäres NiSi

2

. Die zusätzlih

enthaltene 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 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 Cu

führthierzu 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

-Linie und für Cu harakteristishen Linien auh in gerin-ger Intensität die Ni

-Linie. Die Teilhen lassen sih daher als Aussheidungen einer Kupfersilizid-Phase interpretieren. Der Ni-Anteil des in Abb. 4.20 mit k1 bezeihneten

Teilhens kann durh einen partiellen Molenbruh von

X N i (p) = 1.9 ± 1.3%

ausgedrükt

werden.Fürdas andereTeilhen(k2)istderBeitragderK

α

-LinievonNizumSpektrum

niht 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 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 und

langsamerAbkühlung.