Interaction of a Metallic Catalyst with the Barrier Layer Material during High-Temperature Formation of Nickel Nanoparticles

S. V. Bulyarskiy; Булярский С. В.; A. A. Dudin; Дудин А. А.; P. E. L’vov; Львов П. Е.; T. S. Grishin; Гришин Т. С.; G. A. Rudakov; Рудаков Г. А.; G. G. Gusarov; Гусаров Г. Г.

doi:10.31857/S0002337X23030028

Взаимодействие металлического катализатора с материалом барьерного слоя в процессе высокотемпературного формирования наночастиц никеля

Авторы: Булярский С.В.¹, Дудин А.А.¹, Львов П.Е.¹^,2, Гришин Т.С.¹, Рудаков Г.А.¹, Гусаров Г.Г.¹
Учреждения:
1. Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук
2. Ульяновский государственный университет
Выпуск: Том 59, № 3 (2023)
Страницы: 243-250
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140149
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23030028
EDN: https://elibrary.ru/YQKCYZ
ID: 140149

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Проведено исследование влияния условий отжига на формирование наночастиц никеля на барьерном слое нитрида титана, синтезированного методом атомно-слоевого осаждения. Показано, что размеры наночастиц зависят от температуры и времени отжига. При температурах выше 700°C и длительности отжига более 5 мин наблюдается явление коалесценции, которое приводит к росту частиц и уменьшению их поверхностной плотности. Во время отжига никель диффундирует в нитрид титана и его количество на поверхности падает. Экспериментальные результаты согласуются с моделированием формирования наночастиц в рамках гидродинамической модели. Определены потенциал взаимодействия катализатора с буферным слоем и вязкость расплава, которые показывают, что при плавлении тонкого слоя никеля, порядка единиц нанометров, металл подобен переохлажденной жидкости. Моделирование показало, что при отжиге па́ры тонкая пленка металла–барьерный слой средний размер наночастицы меньше при меньших потенциалах взаимодействия между веществами па́ры.

Ключевые слова

атомно-слоевое испарение, барьерный слой, нитрид титана, наночастицы катализатора, гидродинамическая модель, потенциал взаимодействия

Список литературы

Булярский С.В. Углеродные нанотрубки: технология, управление свойствами, применение. Ульяновск: Стрежень, 2011. 480 с.
Dasgupta K., Joshi J.B., Banerjee S. Fluidized Bed Synthesis of Carbon Nanotubes – A Review // Chem. Eng. J. 2011. V. 171. № 3. P. 841–869. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.05.038
Kumar M., Ando Y. Chemical Vapor Deposition of Carbon Nanotubes: A Review on Growth Mechanism and Mass Production // J. Nanosci. Nanotechnol. 2010. V. 10. № 6. P. 3739–3758. https://doi.org/10.1166/jnn.2010.2939
Ago H., Komatsu T., Ohshima S., Kuriki Y., Yumura M. Dispersion of Metal Nanoparticles for Aligned Carbon Nanotube Arrays // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. № 1. P. 79–81. https://doi.org/10.1063/1.126883
Melechko A.V., Merkulov V.I., McKnight T.E., Guillorn M.A., Klein K.L., Lowndes D.H., Simpson M.L. Vertically Aligned Carbon Nanofibers and Related Structures: Controlled Synthesis and Directed Assembly // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. № 4. P. 41301. https://doi.org/10.1063/1.1857591
Lee C.J., Park J., Yu J.A. Catalyst Effect on Carbon Nanotubes Synthesized by Thermal Chemical Vapor Deposition // Chem. Phys. Lett. 2002. V. 360. № 3–4. P. 250–255. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(02)00831-X
Andrews R., Jacques D., Qian D., Rantell T. Multiwall Carbon Nanotubes: Synthesis and Application // Acc. Chem. Res. 2002. V. 35. № 12. P. 1008–1017. https://doi.org/10.1021/ar010151m
Bulyarskiy S.V., Zenova E.V., Lakalin A.V., Molodenskii M.S., Pavlov A.A., Tagachenkov A.M., Terent’ev A.V. Influence of a Buffer Layer on the Formation of a Thin-Film Nickel Catalyst for Carbon Nanotube Synthesis // Tech. Phys. 2018. V. 63. № 12. P. 1834–1839. https://doi.org/10.1134/S1063784218120253
L’vov P.E., Bulyarskiy S.V., Gusarov G.G., Molodenskiy M.S., Pavlov A.A., Ryazanov R.M., Dudin A.A., Svetukhin V.V. Kinetics of Nickel Particle Formation on Silicon Substrate with a Buffer Layer of Niobium Nitride // J. Phys.: Condens. Matter. 2020. V. 32. № 24. P. 245001. https://doi.org/10.1088/1361-648X/ab7870
Львов П.Е., Светухин В.В., Булярский С.В., Павлов А.А. Моделирование смачивающих фазовых переходов в тонких пленках // Физика твердого тела. 2019. T. 61. № 10. C. 1916–1925.
Peng Y., Wang Z., Alsayed A.M., Yodh A.G., Han Y. Publisher’s Note: Melting of Colloidal Crystal Films // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 104. № 21. P. 205703. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.219901
Thiele U. Recent Advances in and Future Challenges for Mesoscopic Hydrodynamic Modelling of Complex Wetting // Colloids Surf., A. 2018. V. 553. P. 487–495. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.05.049
Shchekin A.K., Lebedeva T.S., Suh D. The Overlapping Surface Layers and the Disjoining Pressure in a Small Droplet // Colloids Surf., A. 2019. V. 574. P. 78–85. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.04.071
Kukushkin S.A., Osipov A.V. Kinetics of First-Order Phase Transitions in the Asymptotic Stage // J. Exp. Theor. Phys. 1998. V. 86. № 6. P. 1201–1208. https://doi.org/10.1134/1.558591
Slezov V.V., Schmelzer J. Kinetics of Formation and Growth of a New Phase with a Definite Stoichiometric Composition // J. Phys. Chem. Solids. 1994. V. 55. № 3. P. 243–251. https://doi.org/10.1016/0022-3697(94)90139-2
Nowak W.B., Keukelaar R., Wang W., Nyaiesh A.R. Diffusion of Nickel Through Titanium Nitride Films // J. Vac. Sci. Technol., A. 1985. V. 3. № 6. P. 2242–2245. https://doi.org/10.1116/1.572900