Hallo,
ich möchte wissen wie weit Silizium in eine aufgedampfte Schicht Kobalt hineindiffundieren kann und wie ich diese Diffussionslänge bestimme.
Gibt es vielleicht ein zu empfehlendes gutes Buch zu dem Thema oder einen guten Artikel im Internet.
Danke im Vorraus
Cobra
Hallo,
ich möchte wissen wie weit Silizium in eine aufgedampfte
Schicht Kobalt hineindiffundieren kann und wie ich diese
Diffussionslänge bestimme.
Das hängt vermutlich von der Temperatur ab.
Tendenziell wird es aber nicht besonders weit sein, weil Cobalt bei Raumtemperatur hexagonal vorliegt und daher kaum Zwischengitteratome zulässt.
Zum bestimmen der Diffusionslänge eignet sich SIMS http://de.wikipedia.org/wiki/Sekund%C3%A4rionen-Mass…
HTH,
Moritz
Zum bestimmen der Diffusionslänge eignet sich SIMS
http://de.wikipedia.org/wiki/Sekund%C3%A4rionen-Mass…
… oder auch Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES) http://de.wikipedia.org/wiki/Auger-Elektron
Michael
Hallo,
hier ist eine ältere Arbeit wo die Diffusion mit Elektronenmikroskopie untersucht wurde:
http://archiv.tu-chemnitz.de/pub/1999/0053/data/top…
Gruss
Albert
Hallo,
Zum bestimmen der Diffusionslänge eignet sich SIMS
http://de.wikipedia.org/wiki/Sekund%C3%A4rionen-Mass…… oder auch Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES)
http://de.wikipedia.org/wiki/Auger-Elektron
Wobei man mit AES nicht so tief kommt, d.h. man muss entweder die Probe aufschneiden und die räumliche Auflösung nutzen, oder mehrfach AES machen und dazwischen Schichten abtragen.
Grüße,
Moritz
Hallo!
Wobei man mit AES nicht so tief kommt, d.h. man muss entweder
die Probe aufschneiden und die räumliche Auflösung nutzen,
oder mehrfach AES machen und dazwischen Schichten abtragen.
Aufschneiden wird nicht gehen, weil die Schnittfläche andere Eigenschaften aufweist als das Innere des Festkörpers. Man wird also Schicht für Schicht abtragen müssen („Sputtern“). Aber das ist ja genau das, was SIMS auch macht, oder habe ich jetzt da etwas nicht verstanden?
Michael
Hallo,
Wobei man mit AES nicht so tief kommt, d.h. man muss entweder
die Probe aufschneiden und die räumliche Auflösung nutzen,
oder mehrfach AES machen und dazwischen Schichten abtragen.Aufschneiden wird nicht gehen, weil die Schnittfläche andere
Eigenschaften aufweist als das Innere des Festkörpers.
Hab ich nicht dran gedacht, stimmt.
Man
wird also Schicht für Schicht abtragen müssen („Sputtern“).
Aber das ist ja genau das, was SIMS auch macht, oder habe ich
jetzt da etwas nicht verstanden?
Doch doch, das stimmt schon.
Und das herausgeschlagene Zeugs schickt man eben durch einen Massenspektrometer.
Grüße,
Moritz
Danke für die Antworten,
mir ging es aber nicht um Analysemethoden (ich hänge an meinen Proben
und will sie nicht zerstören 
).
Zum genaueren Setting:
Ich habe ein Silizium-Substrat, auf welches mittels e-gun im UHV eine 4-5nm dicke Schicht aufgedampft wird. direkt im Anschluss kommt eine ca. 200nm dicke Schicht Kupfer darüber.
Danach werden mit RBS die Dicken bestimmt. Für die Analyse der Messung mit Datafurnace bin ich an den durchschnittlichen Diffusionslängen interessiert. Mir ist leider nicht ganz klar wie ich diese Diffussionslängen sinnvoll abschätzen kann (berechnen).
Probleme bei der Abschätzung:
Temperatur auf den Schichten beim Aufdampfen?
Welche Auswirkung hat der Kirkendall-Effekt?
Wie berechne ich Diffusion im Festkörper?
Oder welche Annahmen muss ich in die Fickschen Gesetze stecken.
…
Hoffe meine Frage ist etwas verständlicher geworden.
mir ging es aber nicht um Analysemethoden (ich hänge an meinen
Proben
und will sie nicht zerstören
Wer tut das nicht…
Irgendwie sind alle bisherigen Antworten aber auf Analysemethoden, ich versuche es mal allgemeiner, könnte dir aber auch damit dienen
Ich muss sagen, ich kann gerade deinen Wissenstand sehr schwer einschätzen. Du scheinst irgendwie in der Materialwissenschaft zu forschen, aber Deine Frage scheinen dafür ziemlich grundlegend.
Die erste Frage muss hier wohl sein, ob Du den Diffusionkoeffizienten von Cobalt in Silicum (und in Kupfer?) und umgekehrt hast oder nicht. Damit steht und fällt dei ganze Sache.
Probleme bei der Abschätzung:
Temperatur auf den Schichten beim Aufdampfen?
Die solltest Du wissen
Wenn du allgemein fragst, ist dieses natürlich der entscheidene Faktor, da die Diffusionkonstanten exponentiell mit der Temperatur geht…
Welche Auswirkung hat der Kirkendall-Effekt?
Kirkendall wird nur interessant, wenn Du von Interdiffusion ausgehst. Kenne die
Diffusionskonstanten jetzt nicht, davon hängt dann einiges ab…
Aber wieder allgemein, ist der Kirkendall-Effekt ja kein Effekt,der das System beeinflußt, sondern nur die Auswirkung der unterschiedlichen Interdiffusionkonstanten.
Wie berechne ich Diffusion im Festkörper?
Oder welche Annahmen muss ich in die Fickschen Gesetze
stecken.
Die zweite Frage beantwortet irgendwie die erste. Ficksche Gesetze ist das Stichwort. Diese wurden für viele,viele Rand- und Anfangsbedingunen gelöst.
Welche Deine sind, kannst eigentlich nur Du selbst beantworten.
Ist die Cobaltschicht als unendlich dünn anzusehen? Wahrscheinlich.
Wohin diffundiert das Cobalt? Silicium oder Kupfer?
Oder diffundiert das Silicium und Kupfer eher in die Cobaltschicht?
Wie gesagt, ohne die entsprechenden Konstanten sind Aussagen schwer zu treffen, und ich habe gerade nicht die Muße die zu suchen.
Hoffe aber trotzdem geholfen zu haben.
Sönke
Irgendwie sind alle bisherigen Antworten aber auf
Analysemethoden, ich versuche es mal allgemeiner, könnte dir
aber auch damit dienen
Hast du
Ich muss sagen, ich kann gerade deinen Wissenstand sehr schwer
einschätzen. Du scheinst irgendwie in der Materialwissenschaft
zu forschen, aber Deine Frage scheinen dafür ziemlich
grundlegend.
Ich beschäftige mich mit dünnen Schichten, habe aber leider noch keinen praktischen (sprich anschaulichen) Hintergrund wie die Größenordnungen bei der Diffusion aussehen.
Die erste Frage muss hier wohl sein, ob Du den
Diffusionkoeffizienten von Cobalt in Silicum (und in Kupfer?)
und umgekehrt hast oder nicht. Damit steht und fällt dei ganze
Sache.
Nein, habe ich nicht bin aber auf der Suche nach entsprechenden Koeffizienten.
Probleme bei der Abschätzung:
Temperatur auf den Schichten beim Aufdampfen?
Die solltest Du wissen
Wenn du allgemein fragst, ist dieses natürlich der
entscheidene Faktor, da die Diffusionkonstanten exponentiell
mit der Temperatur geht…
Ja, danke für die Bestätigung. Da wir kein Temperaturmessung am Substrathalter haben, muss ich wohl aus der kinetischen Energie der aufgedampften Teilchen auf die Oberflächentemperatur schliessen. Oder
weiß jemand eine bessere Möglichkeit.
Welche Auswirkung hat der Kirkendall-Effekt?
Kirkendall wird nur interessant, wenn Du von Interdiffusion
ausgehst. Kenne die
Diffusionskonstanten jetzt nicht, davon hängt dann einiges
ab…
Aber wieder allgemein, ist der Kirkendall-Effekt ja kein
Effekt,der das System beeinflußt, sondern nur die Auswirkung
der unterschiedlichen Interdiffusionkonstanten.
Hängen die Interdiffusionskonstanten von der Kristallstruktur ab?
zb. Fehlstellen und Verschiebungen…
Wie berechne ich Diffusion im Festkörper?
Oder welche Annahmen muss ich in die Fickschen Gesetze
stecken.Die zweite Frage beantwortet irgendwie die erste. Ficksche
Gesetze ist das Stichwort. Diese wurden für viele,viele Rand-
und Anfangsbedingunen gelöst.
Welche Deine sind, kannst eigentlich nur Du selbst
beantworten.
Ist die Cobaltschicht als unendlich dünn anzusehen?
Wahrscheinlich.
Wohin diffundiert das Cobalt? Silicium oder Kupfer?
Oder diffundiert das Silicium und Kupfer eher in die
Cobaltschicht?Wie gesagt, ohne die entsprechenden Konstanten sind Aussagen
schwer zu treffen, und ich habe gerade nicht die Muße die zu
suchen.
Ja, das ist verständlich. Wollte auch niemanden auf die suche schicken 
. Leider bin ich nicht so firm mit den Fickschen Gesetzen und deren Anwendung. Kannst du vielleicht ein gutes Buch empfehlen (mit Beispielen) und gibt es vielleicht ein Standardnachschlagewerk für Diffusionskonstanten.
Hoffe aber trotzdem geholfen zu haben.
Ja, sehr! Herzlichen Dank.
Cobra
Die erste Frage muss hier wohl sein, ob Du den
Diffusionkoeffizienten von Cobalt in Silicum (und in Kupfer?)
und umgekehrt hast oder nicht. Damit steht und fällt dei ganze
Sache.Nein, habe ich nicht bin aber auf der Suche nach
entsprechenden Koeffizienten.
Die brauchst du! In der Regel ist es meist eine brauchbare Abschätzung für die Diffusionslänge ist x= wurzel(D*t), D=Diffusionskonstante für Material A in B bei der Temperatur T und t ist Zeit, die es zum Diffundieren hat.
Probleme bei der Abschätzung:
Temperatur auf den Schichten beim Aufdampfen?
Die solltest Du wissen
Wenn du allgemein fragst, ist dieses natürlich der
entscheidene Faktor, da die Diffusionkonstanten exponentiell
mit der Temperatur geht…Ja, danke für die Bestätigung. Da wir kein Temperaturmessung
am Substrathalter haben, muss ich wohl aus der kinetischen
Energie der aufgedampften Teilchen auf die
Oberflächentemperatur schliessen. Oder
weiß jemand eine bessere Möglichkeit.
Der Substrathalter ist also bei Raumtemperatur? Dann würde ich die mal als Wert nehmen. Die kinetische Energie der Teilchen wird nur interessant, wenn sie ausreicht das Substrat aufzuheizen, weil diese Energie nicht abgeführt werden kann. Silicium ist jetzt kein ganz schlechter Wärmeleiter, somit würde ich raten, dass sich die Substrattemperatur kaum erhöht. Wenn deine Probe allerdings Raumtemperatur nie verläßt, ist Diffusion meist zu vernachläßigen.
Welche Auswirkung hat der Kirkendall-Effekt?
Kirkendall wird nur interessant, wenn Du von Interdiffusion
ausgehst. Kenne die
Diffusionskonstanten jetzt nicht, davon hängt dann einiges
ab…
Aber wieder allgemein, ist der Kirkendall-Effekt ja kein
Effekt,der das System beeinflußt, sondern nur die Auswirkung
der unterschiedlichen Interdiffusionkonstanten.Hängen die Interdiffusionskonstanten von der Kristallstruktur
ab?
zb. Fehlstellen und Verschiebungen…
Jein.
Die Interdiffusionskonstante hängen auch von der Kristallstruktur hab, ich glaube, Du meinst aber Kristallfehler.
Gerade bei substitutioneller Diffusion (also wenn die Fremdatome die anderen Atom ersetzen) sind Leerstellen entscheiden, weil sie für die Plätztäusche wichtig sind. Versetzungen (wenn du das mit Verschiebungen meinst) können die Diffusion beeinflussen. Auch Korngrenzen können einen großen Einfluß haben. Die haben eine offenere Struktur als die Matrix und somit meist höhere Diffusionskonstante. Hängt aber alles stark von der Temperatur ab.
Wie gesagt, ohne die entsprechenden Konstanten sind Aussagen
schwer zu treffen, und ich habe gerade nicht die Muße die zu
suchen.Ja, das ist verständlich. Wollte auch niemanden auf die suche
schicken
Gesetzen und deren Anwendung. Kannst du vielleicht ein gutes
Buch empfehlen (mit Beispielen) und gibt es vielleicht ein
Standardnachschlagewerk für Diffusionskonstanten.
Brauchst du eigentlich auch nicht, nur die Lösungen sind von Interesse
Die Grundlagen für Diffusion sind eigentlich in jedem Buch über Materialphysik/wissenschaft ganz gut erklärt, z.b Gottstein „Physikalische Grundlagen der Materialkunde“. Für die mathematischen Aspekte für die Lösung der Fickschen Gleichungen ist der „Crank“ die Bibel, allerdings wohl zu viel des Guten.
Ein Nachschlagewerk für Diffusionskonstanen, puuuh. Es gib eine Sammlung mit dem Namen „Diffusion and Defects Data“, ein ziemlich unübersichtliches Werk, in meinen Augen. Cobalt in Silicium könnte man vielleicht auch einfacher finden, vielleicht in Halbleiterbücher. Aber im Zweifel solltest Du eine wissenschaftliche Suchmaschine mal auf Suche nach Papern schicken
Ganz dumme Frage: Hast Du keine Betreuer, der solche Daten wissen könnte, bzw. Dir Veröffentlichungen darüber geben könnte?
Sönke
Die erste Frage muss hier wohl sein, ob Du den
Diffusionkoeffizienten von Cobalt in Silicum (und in Kupfer?)
und umgekehrt hast oder nicht. Damit steht und fällt dei ganze
Sache.Nein, habe ich nicht bin aber auf der Suche nach
entsprechenden Koeffizienten.Die brauchst du! In der Regel ist es meist eine brauchbare
Abschätzung für die Diffusionslänge ist x= wurzel(D*t),
D=Diffusionskonstante für Material A in B bei der Temperatur T
und t ist Zeit, die es zum Diffundieren hat.Probleme bei der Abschätzung:
Temperatur auf den Schichten beim Aufdampfen?
Die solltest Du wissen
Wenn du allgemein fragst, ist dieses natürlich der
entscheidene Faktor, da die Diffusionkonstanten exponentiell
mit der Temperatur geht…Ja, danke für die Bestätigung. Da wir kein Temperaturmessung
am Substrathalter haben, muss ich wohl aus der kinetischen
Energie der aufgedampften Teilchen auf die
Oberflächentemperatur schliessen. Oder
weiß jemand eine bessere Möglichkeit.Der Substrathalter ist also bei Raumtemperatur? Dann würde ich
die mal als Wert nehmen. Die kinetische Energie der Teilchen
wird nur interessant, wenn sie ausreicht das Substrat
aufzuheizen, weil diese Energie nicht abgeführt werden kann.
Silicium ist jetzt kein ganz schlechter Wärmeleiter, somit
würde ich raten, dass sich die Substrattemperatur kaum erhöht.
Wenn deine Probe allerdings Raumtemperatur nie verläßt, ist
Diffusion meist zu vernachläßigen.
Das mit der kinetischen Energie stimmt wohl, aber muss man nicht auch die Temperatur des aufgedampften Kupfers (bzw. Kobalt) berücksichtigen, da kommt es sicherlich zu lokaler Temperaturerhöhung.
Welche Auswirkung hat der Kirkendall-Effekt?
Kirkendall wird nur interessant, wenn Du von Interdiffusion
ausgehst. Kenne die
Diffusionskonstanten jetzt nicht, davon hängt dann einiges
ab…
Aber wieder allgemein, ist der Kirkendall-Effekt ja kein
Effekt,der das System beeinflußt, sondern nur die Auswirkung
der unterschiedlichen Interdiffusionkonstanten.Hängen die Interdiffusionskonstanten von der Kristallstruktur
ab?
zb. Fehlstellen und Verschiebungen…Jein.
Die Interdiffusionskonstante hängen auch von der
Kristallstruktur hab, ich glaube, Du meinst aber
Kristallfehler.
Gerade bei substitutioneller Diffusion (also wenn die
Fremdatome die anderen Atom ersetzen) sind Leerstellen
entscheiden, weil sie für die Plätztäusche wichtig sind.
Versetzungen (wenn du das mit Verschiebungen meinst) können
die Diffusion beeinflussen.
Jup, meinte Versetzungen
Auch Korngrenzen können einen
großen Einfluß haben. Die haben eine offenere Struktur als die
Matrix und somit meist höhere Diffusionskonstante. Hängt aber
alles stark von der Temperatur ab.
Ich glaube den Kirkendall-Effekt kann ich erstmal aussen vor lassen.
(Zusätzliche Gedanken über die Leerstellenkonzentrationen in Kupfer und Kobalt müssen nicht auch noch sein… Irgendwann ist auch mal Schluss )
Wie gesagt, ohne die entsprechenden Konstanten sind Aussagen
schwer zu treffen, und ich habe gerade nicht die Muße die zu
suchen.Ja, das ist verständlich. Wollte auch niemanden auf die suche
schicken
Gesetzen und deren Anwendung. Kannst du vielleicht ein gutes
Buch empfehlen (mit Beispielen) und gibt es vielleicht ein
Standardnachschlagewerk für Diffusionskonstanten.Brauchst du eigentlich auch nicht, nur die Lösungen sind von
Interesse
Die Grundlagen für Diffusion sind eigentlich in jedem Buch
über Materialphysik/wissenschaft ganz gut erklärt, z.b
Gottstein „Physikalische Grundlagen der Materialkunde“.
Habe ich mir angeguckt ist wirklich gut. Sehr praktisch man bekommt die Anschauung die in der Festkörperphysik-Vorlesung fehlte :-0
Für die mathematischen Aspekte für die Lösung der Fickschen
Gleichungen ist der „Crank“ die Bibel, allerdings wohl zu viel
des Guten.
Hab ich mir auch angeschaut, zwar interessant aber doch etwas overkill für mein Problem
Ein Nachschlagewerk für Diffusionskonstanen, puuuh. Es gib
eine Sammlung mit dem Namen „Diffusion and Defects Data“, ein
ziemlich unübersichtliches Werk, in meinen Augen.
Habe ich im Internet gefunden, aber leider nicht bei uns in der Bibliothek 
Cobalt in Silicium könnte man vielleicht auch einfacher finden,
vielleicht in Halbleiterbücher. Aber im Zweifel solltest Du
eine wissenschaftliche Suchmaschine mal auf Suche nach Papern
schicken
Leider habe ich nach einer längeren Session nix gefunden…
Ganz dumme Frage: Hast Du keine Betreuer, der solche Daten
wissen könnte, bzw. Dir Veröffentlichungen darüber geben
könnte?
Jau schon, aber der hatte leider auch keine Ahnung. Muss ich wohl mal meinen Prof. anhauen
Klaus