Gitterplatz von Cu und Volumenfehlpassung

DieBeobahtungvonCuoderNialsgelösteKomponenteinnerhalbvon

Metallsilizidaus-sheidungen der jeweils anderen metallishen Verunreinigung in Si wirftdieFragenah

dem Gitterplatz der zusätzlih gelösten Cu- oder Ni-Atome auf. Im Fall der NiSi

2

:Cu-Aussheidungen ergeben sih Besonderheiten hinsihtlih der Gröÿe der Teilhen und

der Konzentration des Cu beim Vergleih mitbinären Metallsilizidaussheidungen und

den Zusammensetzungen ternärer Legierungen, dieinden nähstenbeidenAbshnitten

mit Bezug zum Gitterplatz der Cu-Atome inder NiSi

2

^{:Cu-Phase diskutiertwerden.}

Heuer etal.,dieAussheidungeneiner PhasemiteinerZusammensetzungähnlihder

von NiSi

2

^{und Cu und Fe als gelösten} metallishen Verunreinigungen mittels Röntgen-absorptionsspektroskopie untersuht haben [28℄,ziehen aus dem Vergleih ihrer

experi-mentellen mitsimulierten Spektren den Shluss, dass Cu-Atome indiesem quaternären

System Si-Plätze und Fe-Atome Ni-Plätze der NiSi

2

^{-Struktur besetzen. Wenn im}

ter-nären System Cu-Ni-Si Cu-Atome als gelöste metallishe Verunreinigung in NiSi

2

:Cu-Aussheidungen ebenfalls Si-Plätze besetzen, ergibt sih als Folge ein Beitrag zur

Vo-lumenfehlpassung der NiSi

2

^{:Cu-Phase äquivalent der Erzeugung eines} interstitiellen Si-Atoms pro Cu-Atom. DieAnzahl dieser interstiellen Si-Atome bezogenauf die

Gesamt-zahl der in einer NiSi

2

:Cu-Aussheidung enthaltenen Metallatome ist dabei wesentlih geringer alsbeiCu

3

^{Siaber deutlih gröÿerals bei NiSi}

2

^.Die Volumenfehlpassung einer

Aussheidung der NiSi

2

^{:Cu-Phase hängt daher auhvom partiellenMolenbruh der}

ge-lösten Verunreinigung ab.

Bei der Koaussheidung von Cu und Ni in Si koexistieren Aussheidungen zweier

binärer Metallsilizidphasen, die beide die jeweils andere metallishe Komponente

ent-halten. Es lässt sih eine mittlere Volumenfehlpassung

δ ^av _V

formulieren, die die unter-shiedlihen Volumenfehlpassungender einzelnen Phasenberüksihtigt, wie in Anhang

Cgezeigtwird.Unter der Voraussetzung, dass dieZusammensetzungder Cu

3

^Si:Ni-und

der NiSi

2

:Cu-Aussheidungen festliegt, kann

δ _V ^av

^{als Funktion des} Konzentrationsver-hältnisses der beiden Verunreinigungen ausgedrükt werden, vgl. Gl. (C.5). Unter der

Annahme eines bestimmten Gitterplatzes der jeweils gelösten Verunreinigung ist die

dieZusammensetzungderAussheidungen durhden partiellenMolenbruhvonCu

be-stimmt.Das Konzentrationsverhältnis

Q Cu,N i

^{(Gl.4.1inAbshnitt 4.2)beziehtsih auf}

dieinsgesamt in Aussheidungen beider Phasen vorliegenden Mengen von Cu- und

Ni-Atomen.Abb.5.1stelltdenVerlaufdermittlerenVolumenfehlpassunggerehnetfürdrei

vershiedene Fälle beiRaumtemperaturdar:

ˆ beiternärerLöslihkeitvonCuinNiSi

2

^{fürdieBesetzungvonSi-Plätzendes NiSi}

2

durh Cu-Atome wie bei Heuer etal. [28℄

ˆ alternativfür dieBesetzung vonNi-Plätzen des NiSi

2

^{durh Cu-Atome}

ˆ ohne ternäreLöslihkeit von Cu in NiSi

2

^{und Ni in Cu}

3

^Si

Für den partiellenMolenbruh von Cu fanden die in dieser Arbeit gemessenen

Wer-te von

X _Cu ^{(P )} = 15%

^{für NiSi}

2

:Cu-Aussheidungen und

X _Cu ^{(P )} = 96.8%

^{für Cu}

3

Si:Ni-AussheidungenVerwendung. Bei VorliegenvonNi alsgelösterVerunreinigung inCu

3

^Si

ist der Einuss des Gitterplatzes auf die Volumenfehlpassung der Cu

3

Si:Ni-Phase auf-grund des geringen Ni-Anteils vernahlässigbar. Bei der Berehnung wird

angenomme-nen, dass Ni sih aufeinem Cu-Platzeinbaut.

Aussheidungen der NiSi

2

^{:Cu- und der Cu}

3

Si:Ni-Phase koexistieren nur innerhalb eines bestimmten Zusammensetzungsbereihes, wie das ternäre Phasendiagramm des

Systems Cu-Ni-Si zeigt, vgl. Abb. 2.4 in Abshnitt 2.2.1. Die Zusammensetzung der

NiSi

2

^{:Cu-bzw.der Cu}

3

Si:Ni-Phase,dievomWert des partiellenMolenbruhs vonCu in

der jeweiligen Phase abhängt, gibt eine untere (hier:

Q Cu,N i = 0.18

^{)bzw. obere Grenze}

(hier:

Q Cu,N i = 30.3

^{)für möglihe} Konzentrationsverhältnisse von Cu und Ni vor.

Unter nikelreihen Bedingungen(

Q Cu,N i < 1

^{)liegtCu vorwiegend alsgelöste}

Verun-reinigunginNiSi

2

:Cu-Aussheidungenvor.Abb.5.1zeigt,dassdiemittlere Volumenfehl-passung

δ ^av _V

^{indiesem Falldurh den} Gitterplatz der Cu-Atome in der NiSi

2

^:Cu-Phase

bestimmtwird.Bei BesetzungvonSi-Plätzen liegtderberehneteWert von

δ ^av _V

^deutlih

0.1 1 10 100 0

20 40 60 80 100 120

140 ^{Cu 3 Si:Ni Cu + NiSi 2 :Cu Si} Cu ₃ Si:Ni _Cu + NiSi ₂ :Cu _Ni Cu ₃ Si+NiSi ₂

G V av ( % )

Q _Cu,Ni

Abbildung 5.1. MittlereVolumenfehlpassung

δ _V ^av

^beiAnwesenheit vonAussheidungen der Pha-sen Cu

3

^{Si:Ni und NiSi}

2

^{:Cu bei} Raumtemperatur als Funktion des

Konzentrati-onsverhältnisses

Q Cu,N i

^desinsgesamtausgeshiedenen Cu und Ni für den Fall, dassCu-Atome in NiSi

2

^{:Cu Si-Plätze(roteKurve)oderNi-Plätze (blaueKurve)}

besetzen,berehnetnahGl. (C.5)ausAnhang C.Die vertikalenLinien

markie-ren die Grenzen des Koexistenzbereihes der Cu

3

^{Si:Ni- und NiSi}

2

^{:Cu-Phase im}

Gleihgewihtmit Si im ternärenSystem. Die unterbroheneKurvegibt

δ ^av _V

^für

dieparalleleBildungbinärerMetallsilizidaussheidungen(NiSi

2

^undCu

3

^Si)ohne

ternäreLöslihkeitan.

überderVolumenfehlpassungderbinärenNiSi

2

^{-PhaseDergeringsteWert von}

δ ^av _V

^ergibt

sih bei der Besetzung von Ni-Plätzen durh Cu-Atome

Unter kupferreihen Bedingungen für Konzentrationsverhältnisse nahe an der oberen

Grenze des Koexistenzbereihes liegt Cu vorwiegend in Form von Cu

3

Si:Ni-Ausshei-dungen vor.Der Untershied der mittleren Volumenfehlpassung

δ _V ^av

^{, der aus der}

Beset-zung untershiedliher Plätze des NiSi

2

^{durh Cu-Atome} resultiert, vershwindet und der Wert von

δ _V ^av

^{erreiht den der V}olumenfehlpassung der Cu

3

^{Si-Phase (150%, vgl.}

Abshnitt 2.1.2.3), dafast alleAussheidungen der Cu

3

Si:Ni-Phaseangehören.

Im Dokument Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen zur Koausscheidung von Übergangselementen in kristallinem Silizium (Seite 77-80)