• Ganin, Alexey

Abstract

Unterschiedliche binäre Nitride der Elemente Ti, Zr, Hf, Nb, Ta und Mo wurden hergestellt und charakterisiert. Der Einfluss von verschiedenen Trägergasarten (N2 und N2/Ar) und Trägermaterialen (BN und (001)-Si) auf den Syntheseablauf wurden untersucht. Neben bereits bekannten Phasen erfolgte auch die Synthese neuer Verbindungen in den Systemen Ta–N und Mo–N. Da die Versuche nur sehr kleine Probenmengen (0.5–1 mg) erbrachten, waren die lateral hochauflösenden Methoden HRTEM und SAED sehr nützlich für Kristallstrukturuntersuchungen. Die resultierenden Verbindungen wurden nicht nur synthetisiert und strukturell untersucht, auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften ausgewählter Proben wurden gezielt charakterisiert. In allen vorgestellten Systemen wurden die geeigneten Reaktionsbedingungen für die reproduzierbare Abscheidung der literaturbekannten MN1±x-Phasen im Steinsalz-Strukturtyp festgestellt. In den Systemen Ti–N, Hf–N und Ta–N wiesen die Gitterparameter hergestellter Schichten immer auf stöchiometrische 1:1-Phasen hin, und da der Fehler in der Zusammensetzung laut EDXS recht groß war, sollte die Abweichung von idealem M/N-Verhältnis = 1 in den erhaltenen Proben nur gering sein. Demgegenüber zeichneten sich die Systeme Zr–N und Nb–N durch stickstoffreiche ZrN1+x- und NbN1+x-Phasen aus. Im System Mo–N konnten B1-MoN1±x-Schichten mit x » 0 nur an den BN-Substraten im relativ engen Temperaturbereich (660–700 °C; 4 Torr) hergestellt werden. Das System Ta–N konnte durch die neue binäre Phase Ta2N3 ergänzt werden. Diese entsteht je nach Druck und Trägergasart in relativ großem Temperaturbereich zwischen 400 und 650 °C. Die Kristallstruktur von Ta2N3 (Raumgruppe Ia3 mit a = 9.81–9.86 Å) lässt sich vom CaF2-Typ ableiten, indem ein Viertel aller Anionen entfernt wird, was von einer Verdopplung der Fluorit-Elementarzelle in allen drei Richtungen, wie im Bixbyit- oder C Ln2O3-Strukturtyp, begleitet wird. Zwei verschiedene Ta-Atomsorten sind trigonal antiprismatisch bzw. verzerrt oktaedrisch von N-Atomen umgeben, wobei der mittlere Ta–N-Abstand 2.12–2.14 Å beträgt. Im Vakuum zersetzt sich Ta2N3 bei ca. 900 °C in d-TaN und N2. Messungen der elektrischen Leitfähigkeit an einer bei ca. 500 °C im Ar/N2-Plasma auf BN-Substrat hergestellten Ta2N3-Probe zeigten, dass Ta2N3 ein Halbleiter mit einer kleinen Bandlücke (DE = 35 meV) ist. Dieses Verhalten könnte allerdings durch die eigenartige Mikrostruktur der Probe beeinflusst sein. Bei Erforschung der...

Topics

• phase
• nitride
• Energy-dispersive X-ray spectroscopy