Введение к работе
Актуальность теш. Менее чем за 20 лет металлические аморфные сплавы (АС) превратились из объекта научного исследования в материалы, широко используемые в промышленности. Большой ин -терес к новым материалам определяется их высокими эксплуатационными характеристиками. Специфика структуры данных сплавов (от -сутствие зеренной структуры, дальнего порядка, дефектов строения, типичных для обычных кристаллических материалов) обуславливает высокое электросопротивление, магнитную мягкость, коррозионную стойкость, демпфирующую способность и др. характеристики, опре -делягащие практическое применение. Особый интерес представляют уникальные сочетания физических свойств, недостижимые а кристаллических сплавах. Разработка высокоэффективных методов полу -чення аморфной металлической ленты из расплава дала дополнительный толчок исследованиям в данной области. Однако в основном изучались сплавы типа металл-металлоид и на основе переходных металлов с невысокими температурами плавления, имещпо низкую термическую стабильность, что ограничивает аозмо.т.кке области их использования.Например, перспективный является применение АС в микроэлектронике з качестве металлизации, диффузионных барьеров, барьеров Шоттки, резистнвиых элементов. Но для совместимости с технологическим процессом сплавы, кроме необходимого комплекса физических свойств і должны обладать высокой термическоП стабильностью, т.е. оставаться аморфным при нагреве до температур —1200 К и не иметь в своем составе металлоидов-аморфизаторов, диффузия которых мояет привести к легированию подложки и изменению ее свойств. Кроме того, металл-металлоидные АС склонны к сегрегации и охрупчквонка, что влечет за собой деградация свойств нанесенного слоя.
Из анализа известных экспериментальных данных следует, что высокие температуры кристаллизации могут быть достигнуты в АС тугоплавких металлов. С другой стороны, кристаллические сплавы на основе'тугоплавких металлов (рения и др.) широко- используются о электронной промышленности. Исходя из вызесказаннного для исследований были выбрани бинарные системы рения с танталом, ниобием и ванадием. Высокие температуры плавления компонентов данных сплавов приводят к серьезным технологическим трудностям, возникающим при их аморфизации. Поэтому известны лиаь отдельные работы, 'посвященные получению тонкопленочных образцов АС системы рений-тантал. Отсутствуют дачные о законокерь-їстях об-
,2 разрвания и термической стабильности аморфных сплавов рений-ниобий и рений-ванадий.Кроме того данные по кристаллизации АС позволяют построить метастабильные фазовые диаграммы систем тугоплавких металлов.
Сложность получения аморфного состояния в системах туго -плавких металлов закалкой из расплава приводит к использовании других методов, в частности, закалки из газовой фазы. При ис -пользовании этого метода достигаются предельно высокие скорости охлаждения ( > 10 К/с), что позволяет обойти многие ограничения, накладываемые на компоненты сплава при заколке из кидаого состояния (скорость закалки > 10 К/с). Например, аморфное состояние может быть получено в широком интервале составов при отсутствии евтектики, в системах с компонентами, имеющими близкие размеры атомов, и близкие электроотрицательности. В подобных случаях аморфизация сплавов связывается с образованием интерметал-личееких соединений. Однако неясно, можно ли получить аморфное состояние в системах, не образующих промежуточных соединений.В связи с этим была поставлена задача исследовать системы рений-я-элезо, ренмЯ-ннкель и рений-кобальт, равновесные диаграммы состояния которых изменится от непрерывного рада твердых растворов до систем с несколькими металлическими соединениям!.
ІЬль работы. Разработать бозыетаялоидшз аморфные сплавы на основе рения с температурой кристаллизации (Тх) sine 1200 К для использования в электронной технике.
Для достижения отоіі цели з работе были поставлены следующие задачи:
исследовать закономерности образования..АС в двойных снего
пах рения с тугоплавками металлами У группы (7-) Ї Та,}>Л}, ..
V и ферромагнитными металлами 4 периода" (TiSlFp Со
Ni ; *' '
изучить термическую стабильность и процессы кристаллизации ас Re-Tz и Re-Т4 ;
исследовать электрические свойства (удельное электросопротивление, температурный коэффициент электросопротивления, (температуры сверхпроводящего перехода) АС на ооноеа рения, а также их изменения при' термообработке;
разработать технологию получения фольг и пленок АС на основе^ рения, совместимую с производственными процессами изготовления приборов электронной техники.
Научная новизна. В работе впервые:
установлены основные закономерности образования ЛС в бинарных системах Re-Та , Re-Nt> , Re-V , Re-Fe и изучена их термическая стабильность, фазовые превращения при нагреве и электрические свойства;
установлено, что образование термостойких АС в системах Re-la , Не-Mb и Re-Fe обусловлено аморфизацией сложно-упакованных соединений со структурой типа d- Мп. ;
показано, что однотипность равновесных диаграмм состояния (РДС) систем Re-Та и Re-Nb приводит к общим для них закономерностям образования, термической стабильности к^лектри -ческих свойств АС;
экспериментально обнаружен аномальный рост электросопротивления при переходе из однофазного аморфного в однофазное кристаллическое, состояние в системах Re-Та и Re-lib ;
установлены условия получения термостойких АС в области ОЦК твердых растворов в системе Re-V ;
показана возможность формирования аморфной структуры в двойных системах, характеризующихся неограниченной и ограниченной растворимостью в твердом состоянии, Re-Со н Re-Ж при выполнении критериев структурной модели Полка.
Практическая значимость. Аморфные сплавы Re-Та , Ие-НЪ ,
ftfi ~V и lie - Fe , обладающие высокой термической стабиль -
ностыэ (> 1200 К), удельным электросопротивлением от 120 до
290 мкОМ'Ш,. низкий температурным коэффициентом злектросопро -
тивления ( 5*10 К ) и высокой температурой сверхпро
водящего перехода (до 7,6 К) могут быть использованы в микро
электронике в качестве диффузионных барьеров, бяпьрров Шоттки,
резистивных элементов. На AC Re-Nb и- Re-Fe получено
2 авторских свидетельства. Разработана методика несения сло
ев АС на основе рения на кремниевые структуры и отработаны
режимы размерного электрохимического травления аморфной ме
таллизации Re-Та на окисленных кремниевых структурах,ре
комендованные к практическому внедрению на ВЗПП (г. Воронеж).
Имеется акт апробации технологического процесса.
Автоэмиссионные катоды из AC Re-Та , Re.-Nb и Re-V . позволяют на порядок повысить токоотбор по сравнению с кристаллическими аналогами, а кроме того снизить рабочее
4 напряжение, увеличить стабильность тока автоэмиссии и устойчи -вость к межэлектродным пробоям. На основании результатов диссертационной работы в НИИ "Титан" (г.Москва) проводится научно -исследовательская работа по созданию электронной пушки для установки электронной литографии. Имеется акт испытаний.
Построенные метастабильные фазовые диаграммы систем Re-Та. , Re-Nb ,-Re-V , Re-Fe и Re-Mi могут быть использованы при разработке и получении неравновесных аморфных и кристалли -ческих структур.
Положения, выносимые на. защиту:
1. Образование термостойких аморфных сплавов в системах
Re Лк , Re-Mb, Re-Y и Re-Fe , обусловленное аморфиза-цией сложноупакованнък интерметаллических соединений со структурой типа oL- Ми
-
Идентичность эакономзрностей образования п свойств АС в системах Rn-Ta. и Rc-Ht обусловлено однотипностью рав-новесньк диаграмм состояния этих систем.
-
Образование термостойких АС в системе Ra -V в области твердых растворов, которое может быть объяснено упорядочением неравновесной ОЦК структуры.
-
Формирование аморфных сплавов в системах твердых растворов Re-Со и ae-N-t обусловлено структурными критериями модели Полка.
-
Аномальное увеличение электросопротивления АС Це-Гй и Re-НЬ при кристаллизации, обусловленное переходом из однофазного аморфного состояния в однофазное кристаллическое со структурой jt - фазы.
Апробация работы. Основные Еопросы и разделы диссертационной работы докладывались и обсуждались на ХП Всесоюзной конференции "Г.ізика прочности и пластичности металлов и сплавов" (КуйбыаевЛ989 г.); Всесоюзном симпозиуме "Физика аморфных магнетиков" (Красноярск,1969 г.); У Всесоюзном семинаре "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов" (Свердлове:-;, 1900 г.);ХШ Всесоюзном совещании "Получение, структура, физические свойства и применение высокочистых и монокристаллических тугоплавких и редких металлов" (Суздаль,IS90 г.); УП Всесоюзной конференции "Строение и свойства металлических и шлакових расплавов" (Челябинск,1990 г.); У Всесоюзной конференции "Аморфные прецизионные сплавы: технология, свойства, применение" (Ростов,1991 г.).
Научные консультации по вопросам получения и исследования аморфных сплавов рения осуществлял к.ф.-м.н., с.н.с. Бармин Ю.В.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано II работ в вадо научных статей, авторских свидетельств и тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и списка литературы.
Работа содержит 183 страницы текста, включая 69 рисунка и библиографии из 142 наименований.
