Struktur

NahKodiusionvonKupferundNikelunterkupferreihenBedingungenimbikristallinen

Siliziumlässt sihmitTEMbeobahten, dass dieplanaren Defekte, derenVerteilungin

der Probe im vorangegangenen Abshnitt 4.2.1.1 untersuht worden ist, aus Kolonien

kleinererTeilhen bestehen, wie Abb.4.4zeigt. Die naheliegende Annahme, dass es sih

bei diesen Teilhen um Aussheidungen einer zweiten Phase (neben Silizium)

handel-te, wurde durh strukturelle und hemishe Analysen bestätigt, deren Ergebnisse im

Folgenden gezeigt werden.

(a)

[001]

[110 [1100] 0]

(b)

Abbildung 4.4. TEM-Hellfeld-Aufnahmen zweierKolonienkleinerAussheidungen ander

Korn-grenze(KG)einerbikristallinenProbenahKodiusionvonCuundNibei1050°C

undlangsamerAbkühlung.DieAussheidungensindaufEbenenangeordnet,die

untershiedlihorientiertsind:(a)senkrehtzurBildebeneund(b)gegenüberder

Bildebenegeneigt.

Die Kolonien bestehen aus planaren Anordnungen vonAussheidungen. Die Ebenen,

aufdenendieKolonienangesiedeltsind,haben untershiedliheOrientierung,wie durh

denVergleihvonAbb.4.4aund4.4bdeutlihwird,diedieProbeinderselbenProjektion

(in

[110]

^{-Rihtung)abbilden. Abb. 4.4azeigt eineKolonieexaktvonderSeite her,diese}

Kolonie verläuft somit senkreht zur Bildebene. Dagegen zeigt Abb. 4.4b eine Kolonie

auf einer gegenüberder Bildebene geneigten Ebene. Die sheinbaren seitlihen

Begren-zungen dieser Kolonie sind keine tatsählihen Grenzen der Kolonie, sondern markieren

die Shnittlinie der Kolonie mit Ober- bzw. Unterseite der Probe. Da die Korngrenze

eine

(001)

^{-Ebene ist,lässt sihaus dem}Shnittwinkelzwishen Korngrenzeund Kolonie

inderProjektionaufdieBildebeneshlieÿen,dassdieKolonienauf

{110}

^{-Ebenenliegen.}

D

Abbildung 4.5. TEM-HellfeldaufnahmedesRandbereihseinerKolonievonAussheidungennah

KodiusionvonCu undNibei1050°CundlangsamerAbkühlung.Die

Ausshei-dungen sindauf einer Ebene angeordnet,die hier senkrehtzur Bildebene liegt.

AmRandderKolonieverläufteineVersetzung(D).

DieKolonienwerdenamRandvonVersetzungenbegrenzt,wieAbb.4.5zeigt.Die

Ver-setzungslineverläuftgekrümmtund wirddabeivoneinerReihevonAussheidungen

de-koriert.Kolonien,dieaus planarenAnordnungenvonAussheidungenauf

{110}

^-Ebenen

bestehen unddabeivonVersetzungen berandet werden,stelleneine Defektstruktur dar,

die typish ist für Aussheidungen einer Metallsilizidphase mit starker

Volumenfehl-passung. Solhe Strukturen wurden beispielsweise beobahtet für Aussheidungen der

Cu

3

^{Si-Phase [42℄.}

Im Rahmender bisherigen Ergebnisse gleihtdie Defektstruktur der Aussheidungen

nahKodiusionvonCu undNidervoneinfahenCu

3

Si-AussheidungeninSi.

Elektro-P11

Abbildung 4.6. TEM-AufnahmeeinerKolonievonAussheidungennahKodiusionvonCuund

Nibei1050°CundlangsamerAbkühlung.MitAusnahmedermitP1bezeihneten

polyedrishenAussheidungsindalleAussheidungennahezukugelförmig.

nenmikroskopishe Aufnahmen in höherer Vergröÿerung wie beispielsweise in Abb. 4.6

lassen jedoh erkennen, dass es zwei Typen vonAussheidungen in den Kolonien gibt.

Zum gröÿtenTeil sind die Aussheidungen nahezu kugelförmig.Ein solhes

kugelför-migesTeilhenwirdinAbb.4.7näheruntersuht.EinigeTeilhenindenKolonienhaben

abereinepolyedrishe Form mitOberähen parallelzu

{111}

^-Ebenenwie beispielswei-sedasinAbb. 4.6mitP1bezeihnete.DieseTeilhen sindAussheidungen einerdritten

Phase neben Si und der Phase der kugelförmigen Aussheidungen. Der Mengenanteil

derpolyedrishen Aussheidungen andenTeilhen einerKolonieinsgesamtbeträgtetwa

8%. Siebildendabeioftmitanderen Aussheidungen zusammenhängendeTeilhen,wie

imFalldes hiermitP1bezeihneten Teilhens oderdes Teilhen P2inAbb. 4.8.Esgibt

auh einzelne von anderen Teilhen getrennte polyedrishe Aussheidungen, wie Abb.

4.9 zeigt.

5 nm 5 nm Si

K

(a)

2 1/nm 2 1/nm

(b)

2 1/nm 2 1/nm

()

Abbildung 4.7. (a) Hohauösende TEM-Aufnahme einer nahezu kugelförmigen Aussheidung

miteinemMoir

´ e

^{-MusternahKodiusionvonCuundNibei1050°Cund}

langsa-merAbkühlung, (b) DasDiraktogramm einesBereihesder Aussheidung (K)

enthältzusätzliheIntensitätsmaximainderNähederMaxima,dieim

Dirakro-gramm()einesBereihesderSi-Matrix(Si)auftreten.DiesezusätzlihenMaxima

deutenauf die Überlagerungvon Probenbereihen mit untershiedlihen

Gitter-parameternhin.

Abb.4.7zeigteinehohauösendeTEM-Aufnahmeeinereinzelnennahezu

kugelförmi-genAussheidung (K).InderAbbildungistimBereihdesTeilhenseinStreifen-Muster

zu sehen. Dieses lässt sih als Moir

e ´

^{-Kontrast deuten.} Diraktogramme der mitK und Si bezeihneten Bereihe innerhalb der kugelförmigen Aussheidung und der Si-Matrix

zeigen eine untershiedlihe Intensitätsverteilung. Im Fall der Aussheidung liegen

zu-sätzliheIntensitätsmaximainderNähederMaximadesDiraktogrammsderSi-Matrix

vor. Die zusätzlihen Maxima entsprehen dem Moir

e ´

-Streifenmuster inder Abbildung undzeigen,dasshier inderProbeBereihe mituntershiedlihgroÿenGitterparametern

der Elementarzelleüberlagertsind.Die nahezu kugelförmigenAussheidungen bestehen

auseiner Phase,diesihstrukturellvonSiuntersheidet,wie esfürAussheidungenaus

Cu

3

^{Si der Fall ist.}

Die polyedrishen Aussheidungen untersheiden sih strukturellvon den

kugelförmi-gen.Siehabeneine Kristallstruktur,diedervonNiSi

2

-Aussheidungen vomTyp Aoder Typ B in Sientspriht, wie inAbb. 4.8und Abb. 4.9 deutlih wird.

Abb. 4.8 zeigt eine hohauösende TEM-Aufnahme einer kugelförmigen und einer

polyedrishen Aussheidung, die oenbar zusammenhängen. Das kugelförmige Teilhen

(K) hat, wie Moir

e ´

^{-Kontrast und} Diraktogramm belegen, die gleihen Eigenshaften wiedas einzelne nahezukugelförmigeTeilhen inAbb.4.7.ImGegensatzdazu zeigtdas

Diraktogrammeines Ausshnitts der Gitterabbildungder polyedrishen Aussheidung

dieselbeIntensitätsverteilungwiedas DiraktogrammderSi-Matrix. Diesepolyedrishe

Aussheidung besteht auseiner Phase,derenKristallstrukturkubishund deren

Gitter-konstantenahezu identishmitder vonSiist,wie esfürAussheidungen aus NiSi

2

^vom

Typ A mitkubisher CaF

2

^{-Struktur der Fallist.}

Abb.4.9zeigteinehohauösendeTEM-AufnahmeeineseinzelnenpolyedrishenT

eil-hens (P3). Zur Entstehung der in der Abbildung sihtbaren Moir

e ´

^{-Streifen tragen im}

Wesentlihen dieimDiraktogrammmarkiertenMaximabei

± ¹ ₃ (111)

^bei.Die

zusätzli-hen MaximaimDiraktogrammdes Teilhens und dasMoir

e ´

^{-Musterlassen sihdurh}

das Vorhandensein eines Zwillingsaufeiner

(111)

^{-Ebene erklären. Das Teilhen besteht}

wiedasTeilhenP2inAbb.4.8auseinerPhasemitkubisherStrukturundSi

vergleih-barer Gitterkonstante, wobei hier zusätzlih eine Zwillingsorientierung vorliegt, wie es

für NiSi

2

-Aussheidung vom Typ B zu erwarten ist.

20 nm 20 nm

Si K

P2

(a)

2 1/nm 2 1/nm

(b)

2 1/nm 2 1/nm

()

2 1/nm 2 1/nm

(d)

Abbildung 4.8. (a)HohauösendeTEM-AufnahmezweierzusammenhängenderAussheidungen

nahKodiusion vonCuund Nibei1050°CundlangsamerAbkühlung. Die

Dif-fraktogramme (b) der polyedrishen Aussheidung (P2) und () von Si zeigen

dasselbe Muster, was darauf hinweist, dass die Aussheidung P2 eine kubishe

KristallstrukturmitnahezugleihgroÿerGitterkonstantewieSihat.(d)Das

Dif-fraktogrammder zweitenAussheidung (K) enthält zusätzlihe

Intensitätsmaxi-ma,die zeigen,dassdieKristallstruktur dieserAussheidung unddie von Si

un-tershiedlihgroÿeGitterparameterbesitzen.

[111 [111] ^{_ _}

[111]

1]

(a)

(b) ()

Abbildung 4.9. (a) HohauösendeTEM-Aufnahme einereinzelnen polyedrishen Aussheidung

(P3)nahKodiusionvonCuundNi bei1050°CundlangsamerAbkühlungmit

einemMoir

e ´

^{-Kontrast,derim}WesentlihendurhdieimDiraktogramm(b)der Aussheidung markierten Intensitätsmaxima zustande kommt. Die im Verglih

zum DiraktogrammsderMatrix() zusätzlihenMaxima zeigen,dass die

Aus-sheidungbezüglihderMatrixeineZwillingsorientierungbesitzt.

Im Dokument Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen zur Koausscheidung von Übergangselementen in kristallinem Silizium (Seite 32-39)