Phase formation and crystallization of films deposited by pulse laser sputtering of chromium in oxygen atmosphere

Abstract

Effects of the substrate temperature Tₛ (20-420 ℃) and the oxygen pressure in the evaporation chamber Р(О₂) (10⁻⁵-10⁻² Torr) on the structure and phase composition of films obtained by pulse laser sputtering of a chromium target have been studied by electron microscopy (using the extinction bending contour technique to analyze the crystal lattice bending). At a fixed Tₛ, the oxygen content in amorphous films increases with increasing Р(О₂), while at a fixed Р(О₂), it decreases with elevating Tₛ. The influence of amorphous matrix composition and thickness t on the structure and morphology of crystals growing under annealing of the films by an electron beam has been studied. The bending of spherulite crystal lattice has been found to decrease with increasing over- stoichiometric Cr concentration in amorphous matrix and with increasing distance up to the center of an zone-axial pattern of the spherulite. At small film thickness t ≤ t ≈ 2.5 to 3 nm, the crystallization is hindered due to dimensional and impurity effect of the amorphous state stabilization.

Проведено электронно-микроскопическое исследование (с использованием техники анализа искривления кристаллической решетки методом изгибных экстинкционных контуров) влияния температуры подложки Tₛ (20-420 ℃) и давления кислорода в испарительной камере Р(О₂) (10⁻⁵-10⁻² торр) на структуру и фазовый состав пленок, полученных лазерным распылением мишени хрома. При фиксированной TS содержание кислорода в аморфных пленках возрастает с увеличением Р(О₂), а при фиксированном Р(О₂) - уменьшается с ростом Tₛ. Изучено влияние состава и толщины t аморфной матрицы на структуру и морфологию кристаллов, растущих при отжиге пленок электронным лучом. Показано, что искривление кристаллической решетки сферолитов уменьшается с увеличением концентрации в аморфной матрице избыточного сверхстехиометрического хрома и с увеличением расстояния до центра зонно-осевой картины сферолита. При t ≤ t ≈ 2.5-3 нм кристаллизация затруднена вследствие проявления размерно-примесного эффекта стабилизации аморфного состояния.

Проведено електронно-мiкроскопiчне дослiдження (iз використанням технiки аналiзу скривлення кристалiчних граток методом згинних екстинкцiйних контурiв) впливу температури пiдкладки Tₛ (20-420 ℃) i тиску кисню у випарнiй камерi Р(О₂) (10⁻⁵-10⁻² торр) на структуру i фазовий склад плiвок, осаджених лазерним розпиленням мiшенi хрому. При фiксованiй Tₛ вмiст кисню в аморфних плiвках зростае зi збiльшенням Р(О₂), а при фiксованому Р(О₂) - зменшується з ростом Tₛ. Вивчено вплив складу i товщини t аморфної матрицi на структуру i морфологiю кристалiв, що ростуть при вiдпалi плiвок електронним променем. Показано, що скривлення кристалiчних граток сферолiтiв зменшуються зi збiльшенням концентрацiї в аморфнiй матрицi надлишкового надстехiометричного хрому i зi збiльшенням вiдстанi до центра зонно-осьової картини сферолiту. При t ≤ t ≈ 2.5 -3 нм кристалiзацiя утруднена внаслiдок прояву розмiрно- домiшкового ефекту стабiлiзацiї аморфного стану.