Heterogene Interdiffusion von nanokristallinen Cu/Co/Au-Schichten

Abstract

In dieser Arbeit wurde die Interdiffusion dünner Schichten des Systems Cu/Au untersucht. In den Experimenten wurden mehrere hochauflösende analytische und mikroskopische Methoden verwendet. Der überwiegende Anteil der Untersuchungen wurde mit der Tomographischen Atomsonde (TAP) durchgeführt. Mit dieser Methode ist es möglich, eine zuverlässige chemische Analyse auf nm-Skala in allen drei Raumrichtungen zu erhalten. Diese Arbeit präsentiert die ersten Ergebnisse am System Cu/Au, die mit Hilfe der Tomographischen Atomsonde gewonnen wurden.Es konnte gezeigt werden, dass aufgrund der speziellen Probenpräparation, die Untersuchungen mit der Tomographischen Atomsonde erfordern, ein nanokristallines Gefüge innerhalb der dünnen Schichten entsteht. Wegen der hohen Dichte an schnellen Diffusionspfaden wie Korngrenzen und Triple Junctions, bildet sich in den Anfangsstadien der Interdiffusion ein komplexes dreidimensionales Reaktionsgefüge. Dessen Komplexität wird durch die Wanderung von Korngrenzen während der Korngrenzdiffusion (DIGM) zusätzlich vergrößert.In dieser Arbeit konnte die erste vollständige Nanoanalyse einer durch Interdiffusion angereicherten Triple Junction durchgeführt werden. Damit ist es möglich, die Diffusionskoeffizienten einer Triple Junction im Vergleich zu den anliegenden Korngrenzen zu bestimmen. Es zeigt sich, dass der Diffusionskoeffizient einer Triple Junction den einer Korngrenze um etwa 4 Größenordnungen übertrifft.Das Einfügen einer Diffusionsbarriere, die aus einer dünnen Co-Schicht besteht, verhindert eine frühzeitige vollständige Durchmischung der Cu- mit der Au-Schicht. Damit wird die Untersuchung der Interdiffusion zwischen Cu und Au zu höheren Temperaturen möglich, bei denen Diffusion nicht nur entlang der Korngrenzen und Triple Junctions, sondern auch innerhalb der Körner stattfindet. Wie die Ergebnisse zeigen, entsteht dadurch anstelle des komplexen Reaktionsgefüges eine homogene Durchmischung innerhalb der einzelnen Schichten.