Диффузия - кремний
Cтраница 4
Наличие слоя низшего силицида благоприятно сказывается на жаростойкости изделий с покрытиями, так как происходящие при его образовании объемные изменения меньше, чем при образовании высших силицидов. Кроме того, КТР фаз MsSi3, как правило, более близок к металлу, нежели у фаз MSi2, что увеличивает термостойкость покрытия и способствует уменьшению концентрации трещин, особенно на участках большой кривизны. Наконец, поскольку коэффициент диффузии кремния в фазах M5Si3 значительно ниже, нежели в высших силицидах ( например, коэффициенты диффузии кремния в Mo5Si3 и MoSi2 равны соответственно ( 0 04 0 02) 10 - 8 см2 / сек и ( 0 61 0 1 - 1) 1СГ8 см2 / сек при 1250 С [89, 95], то первые играют роль диффузионных барьеров в процессе службы покрытия. [46]
Дисилицид молибдена в настоящее время привлекает исследователей своей исключительно высокой жаростойкостью. Механизм образования дисилицида молибдена и его окисления изучен недостаточно. В работах В. Е. Иванова с сотрудниками [1, 2] исследовались некоторые вопросы механизма силицирования Mo, W и Та и показано, что регулирующим процессом при силицировании является диффузия кремния через слои силицидов, которые образуются по мере повышения концентрации кремния. В отношении механизма окисления существуют лишь некоторые предположения. [47]
Так как температура плавления кремния ( 1410 С) значительно ниже температуры плавления карбида ниобия ( 3760 С), можно предположить, что взаимодействие происходит в результате диффузии более подвижных атомов кремния к зернам карбида ниобия. Так как в изучаемом интервале температур кремний имеет довольно высокую упругость паров, то, очевидно, перемещение атомов кремния к зоне контакта осуществляется не только посредством диффузии в твердом теле, но и через газовую фазу. Карбид ниобия, напротив, при этих температурах практически не испаряется, и можно предположить, что встречной диффузии ( карбид - - кремний) не будет и скорость процесса определяется скоростью диффузии кремния к карбиду ниобия. [48]
Помимо перечисленных в работе [9 ] возможных причин ускоренного заращивания пор в момент растворения графита в аусте-ните, в высококремнистых сплавах большую роль может играть перераспределение кремния во время образования аустенита. Зарождающийся при нагреве аустенит имеет пониженное содержание кремния, а феррит на границе превращения а - у обогащается кремнием. Диффузия кремния при фазовых превращениях происходит значительно быстрее, чем при изотермических выдержках. [49]
Тонкие пленки алюминия наносятся в вакууме на кремниевые пластины с интегральными схемами. Требуемая конфигурация межсоединений создается методами фотолитографии. Для обеспечения омического контакта М - П с низким сопротивлением кремниевые пластины подвергаются термообработке - обычно в течение 10 мин при 550 С. Во время термообработки алюминий частично восстанавливает естественную пленку SiO2 и образует непосредственный контакт с поверхностью полупроводника. Диффузия кремния в алюминий может продолжаться до насыщения алюминия кремнием ( около 1 5 ат. [51]
При неконтактном насыщении изделие находится только в газовой среде, содержащей галогенид кремния. Передача кремния через газовую фазу происходит вследствие реакций замещения, восстановления или термического разложения. При парофазовом насыщении диффузия кремния происходит в результате соударений его молекул и атомов с поверхностным слоем, на к-ром они удерживаются ( в активных центрах) неуравновешенными силами притяжения. Насыщение из паровой фазы идет медленнее, чем из газовой, отличающейся образованием атомарного кремния. Насыщение кремнием из чистого порошка через паровую фазу активно идет только в вакууме ( - 10 - 5 мм рт. ст.) при т-ро 1150 - 1350 С. При насыщении из жидкой фазы диффузия кремния происходит в результате взаимодействия жидкой фазы, содержащей кремний, или расплава его солей с насыщаемым материалом. Диффузии предшествуют реакции замещения. NaCl ( 50 %), в к-рый вводят 15 - 20 % ферросилиция ( содержащего 70 % Si) с величиной частиц 0 3 - 0 6 мм. [52]
Повышает коррозионную стойкость, жаростойкость, износостойкость и кислотостойкостъ материалов в агрессивных жидких и газовых средах. На стали силицид-ные покрытия жаростойки до т-ры 700 - 750 С, на тугоплавких металлах и сплавах - до т-ры 1700 осуществляют из твердой, газовой, паровой или жидкой фазы, применяя нагревы радиационный, высокочастотный ( см. Высокочастотный нагрев), электронно-ионпый и др. Насыщение из твердой фазы проводят гл. Иногда его осуществляют без контейнеров, нанося на поверхность изделия пасты, в состав которых входят кремнийсо-держащие порошки и связующие вещества: гидролизованный этилсили-кат, параксилол или толуол с полистиролом и др. Если для насыщения используют радиационный нагрев, кремний диффундирует в поверхность изделия медленно ( гл. При высокочастотном индукционном нагреве насыщение идет интенсивнее, поскольку поверхностный слой изделия быстро прогревается под воздействием тока высокой частоты. При насыщении из газовой фазы ( из газообразных галогенидов кремния) диффузии кремния предшествуют реакции взаимодействия хим. соединений кремния с атомами насыщаемого металла на поверхности изделия и хим. реакции в объеме газовой фазы. Такое насыщение может быть контактным ( в порошках) и неконтактным. [53]
Реакционная диффузия в системах W-Si и Mo-Si изучена в работах [ 14, с. Для обеспечения надежного контакта к диффузионной паре прикладывали нагрузку, которая в пределах от 0 2 до 2 0 кГ / мм2 не влияет на кинетику роста диффузионного слоя. Металлографический и рентгеноструктурный анализы показали, что при всех температурах слой состоял из WSi2, был плотным и равномерным по толщине. Отсутствие низшей фазы объясняется тем, что доставка кремния к внешней поверхности и скорость диффузии его через слой таковы, что на внутренней границе обеспечивается необходимое соотношение компонентов для образования WSia. Кинетические кривые представляют квадратичные параболы, а специальные исследования показали, что при образовании слоя доминирующую роль играет диффузия кремния. [54]
Особенности вакуумного силицирования тугоплавких металлов - тантала, молибдена и вольфрама исследованы также в работах [ 12, с. Насыщение вели в насыщенных парах кргмния ( контакт частиц кремния с металлом был исключен) при остаточном давлении в реакционной камере 1 10 - 5 мм рт. ст. и температурах 1200, 1250 и 1350 С. Рентгенографическим и металлографическим анализами было установлено, что внешние толстые слои диффузионной зоны представляют дисилициды соответствующих металлов, а глубже расположены тонкие слои низших силицидов. При температурах 1200 и 1250 С для всех металлов наблюдался параболический закон роста диффузионных слоев со временем, причем скорость доставки кремния к поверхности металла влияла только на абсолютные толщины слоев, но не на закон их роста. Слои диси-лицидов и низших силицидов на молибдене и вольфраме были компактными и толщина их равномерна по всей поверхности. В фазе TaSi2 наблюдались включения силицида Ta5Si3, кристаллы которого были вытянуты перпендикулярно к слою дисилицида в направлении диффузии кремния. Такое расположение Ta5Si3 позволило предположить, что эта фаза не возникает внутри TaSi2 вследствие выделения, а образуется при диффузии кремния на границе раздела Ta5Si3 - TaSi2 - Был сделан вывод, что при насыщении тантала ( и других металлов) кремнием вначале появляются низшие силициды, а затем они переходят в высшие. [55]
Особенности вакуумного силицирования тугоплавких металлов - тантала, молибдена и вольфрама исследованы также в работах [ 12, с. Насыщение вели в насыщенных парах кргмния ( контакт частиц кремния с металлом был исключен) при остаточном давлении в реакционной камере 1 10 - 5 мм рт. ст. и температурах 1200, 1250 и 1350 С. Рентгенографическим и металлографическим анализами было установлено, что внешние толстые слои диффузионной зоны представляют дисилициды соответствующих металлов, а глубже расположены тонкие слои низших силицидов. При температурах 1200 и 1250 С для всех металлов наблюдался параболический закон роста диффузионных слоев со временем, причем скорость доставки кремния к поверхности металла влияла только на абсолютные толщины слоев, но не на закон их роста. Слои диси-лицидов и низших силицидов на молибдене и вольфраме были компактными и толщина их равномерна по всей поверхности. В фазе TaSi2 наблюдались включения силицида Ta5Si3, кристаллы которого были вытянуты перпендикулярно к слою дисилицида в направлении диффузии кремния. Такое расположение Ta5Si3 позволило предположить, что эта фаза не возникает внутри TaSi2 вследствие выделения, а образуется при диффузии кремния на границе раздела Ta5Si3 - TaSi2 - Был сделан вывод, что при насыщении тантала ( и других металлов) кремнием вначале появляются низшие силициды, а затем они переходят в высшие. [56]
С подкладочным действием включений SiO2 связывают и влияние окислительной среды на образование центров графитизации. В работе [116] показано, что прсдва рительная выдержка образцов в окислительных условиях приводит к созданию при отжиге наружной зоны усиленного зарождения графита. Легкость зарождения здесь графита объясняется подкладочным влиянием дисперсных частиц кремнезема, образующихся в наружной зоне в результате внутреннего окисления. Частиц кремнезема при помощи электронного микроскопа не было обнаружено. В связи с этим в работе [116] принимается, что эти частицы имеют субмикроскопические размеры. Если, однако, учесть создающиеся при поверхностном окислении градиенты концентрации кремния в твердом растворе, то уже одна диффузия кремния в наружной зоне способна привести к формированию диффузионных пор, которые сами по себе катализируют образование графита эффективнее, чем частицы кремнезема. [57]
Страницы: 1 2 3 4