Nanodiffusion  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61253
Type K
Principal investigator Beke, Dezső
Title in Hungarian Nanodiffúzió
Title in English Nanodiffusion
Keywords in Hungarian diffúzió, határfelületek mozgása, szilárdtest reakció, vékony filmek, multirétegek
Keywords in English diffusion, motion of interfaces, solid state rection, thin films, multilayers
Discipline
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)85 %
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)15 %
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Solid State Physics (University of Debrecen)
Participants Cserháti, Csaba
Csík, Attila
Erdélyi, Zoltán
Kis-Varga, Miklós
Starting date 2006-01-01
Closing date 2010-12-31
Funding (in million HUF) 19.700
FTE (full time equivalent) 2.84
state closed project
Summary in Hungarian
Kísérleti vizsgálatokat fogunk folytatni a nanoskálájú diffúzió jobb megértése és pontosabb leírása érdekében kristályos és amorf rendszerekben. Mint ahogy – korábbi OTKA pályázatok keretében is– megmutattuk a lineáris határfelület eltolódás a Fick I klasszikus törvény érvényessége sérülésének következménye nanoskálán és a kezdetben elmosódott határfelület is kiélesedhet. Így a határfelület nem-parabolikus eltolódási kinetikájának és élesedésének további vizsgálata indokolt mind kristályos mind amorf rendszerekben. Ezeket a jelenségeket illetve ezek következményeit a szilárdtest reakciókban és a multirétegek technológiai javításában fogjuk tanulmányozni. A diffúziós vagy termikus eredetű feszültségeknek az élesedésre és a lineáris határfelület eltolódási kinetikákra gyakorolt hatását is vizsgálni fogjuk.
Summary
We will carry out experimental investigations for the better understanding and proper description of diffusion in crystalline and amorphous systems on nanoscale. The linear interface shift – as it was discovered in our Laboratory in the framework of previous OTKA projects as well– is the consequence of the violation of the Fick I classical law on nanoscale and sharpening of an initially diffuse interface is also possible. Thus the interface sharpening and the non-parabolic interface shift will be investigated further both in crystalline and amorphous systems. These phenomena and their consequences will be investigated in the kinetics of solid-state reactions and in improving technological parameters of multilayers. Effect of (diffusional or thermal) stresses on the sharpening and the linear shift will also be investigated.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Megmutattuk, hogy nanoskálán létezik egy átmeneti vastagság, amely alatt a határfelületek eltolódási kinetikája anomális (eltérhet a parabolikustól) még akkor is ha nincs határfelületi reakció jelen. Atomisztikus értelmezést adtunk a határfelületi anyagtranszport kinetikai együtthatójára. Megmutattuk, hogy nagy feszültség-gradiensek a fenti lineáris-parabolikus átmeneti vastagságot többszörösére is növelhetik. Igazoltuk, hogy Mo-V multirétegek előállításakor lehet dinamikus szegregációs effektus. Sikeresen megszerveztük a „Diffusion and Stresses” c. nemzetközi wokshopot 2006-ban Magyarországon. Megmutattuk, hogy Co-amorfSi és Ni-amorfSi rendszerekben kezdetben általában nem lineáris (anomális) kinetikával nőnek a reakciórétegek nanoskálán. Megmutattuk, hogy amorf Si-nak amorf Ge-ba történő beoldódásakor az általunk megjósolt lineáris-parabolikus kinetikai átmenet valóban megfigyelhető. Cu/Si rendszerben a Ta/TaxO diffúziós gát szerepét vizsgáltuk és azt kaptuk, hogy a fenti kétrétegű barrier „öngyógyuló” módon biztosítja az amorf tantál monoxid (TaO) réteg folyamatos jelenlétét és az eddig ismert legjobb hatást biztosítja. Meghatároztuk Ag szemcsehatár diffúziós együtthatójának aktiválási energiáját Pd-ban. Megmutattuk, hogy diffúziós aszimmetria esetén (az egyik komponensben nagyságrendekkel gyorsabb a diffúzió mint a másikban) szilárdest reakcióban a keletkező fázis mindig erősen off-sztöichometrikusan nukleálódik, sőt ha kezdetben jelen van akkor akár vissza is oldódhat.
Results in English
We have shown that there exists a transition thickness on nanoscale, below which the kinetic of interface shift is anomalous (different from the parabolic one) even if there is no any interface reaction present. We gave an atomistic interpretation for the interface atomic transfer coefficient. In the presence of large stress gradients the above thickness can be several times larger than in the absence of it. It was illustrated that during deposition of Mo-V multilayers dynamic segregation effects can be observed. The „Diffusion and Stresses” international workshop was successfully organized in 2006 in Hungary. It was shown in Co-amorphousSi and Ni-amorphousSi systems that the reaction layers initially have grown by anomalous kinetics on nanoscale. During dissolution of amorphous Si into amorphous Ge, the kinetics, as predicted by us earlier, shows a transition from linear to parabolic one. We have shown that in the Cu/Si system a Ta/TaxO1-x diffusion double layer barrier provides the continuous presence of the TaO amorphous barrier and thus leads to the best known effect of diffusion isolation. The activation energy for Ag diffusion in Pg has been determined. It was shown that in the presence of diffusion asymmetry (in one component the diffusion is orders of magnitude faster than in the other) the growing phase always nucleates with strongly non-stoichiometric composition, and even can be dissolved if it is present at the beginning of the heat treatment.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61253
Decision
Yes





 

List of publications

  
Z. Erdélyi, Cserháti Cs., Csik A., Daróczi L., Langer G.A., Balogh Z., Kis-Varga M., Beke D.L., Zizakm I., Erko A.,: Nanoresolution interface studies in thin films by synchrotron x-ray diffraction and using x-ray wavegide technique, X-Ray Spectrometry 38, pp338-342, 2009
D. L. Beke, Z. Erdélyi, Z. Balogh, Cs. Cserháti, G.L. Katona: Non-parabolic shift of interfaces and effect of diffusion asymmetry on nanoscale solid state reactions, Jorunal of Nano Research, 7, pp 43-49, 2009
Cserháti Cs., Erdélyi Z., Balogh Z., Daróczi L., Csik A., Langer G.A., Kis-Varg M., Zizak I., Erko A., Beke D.L.: Characterization of intermetallic layer nanoresolution using x-ray standing wave technoque, Deffect and Diffusion Forum, 289-292, pp. 369-375, 2009
Z. Erdélyi, Ch. Girardeaux, D.L. Beke, J. Bernardini, A. Portavoce, G.L. Katona. Z. Balogh, A. Rolland: Thin film dissolution into semi-infinite subsrtate: surprising interface kinetics and dissolution modes, Defect and Diffuison Forum, 289-292, pp. 573-585, 2009
Z. Balogh, Z. Erdélyi, D.L. Beke, A. Portavoce, Ch. Girardeaux, Bernardini, A. Rolland: Determination of the grain-boundary diffuison coefficient in C-regime by Hwang-Balluffi method: silver diffusion in Pd, Defect and Diffuison Forum, 289-292, pp. 763-767, 2009
Z. Erdélyi, A. Taranovskyy, D. L. Beke: On the Determination of Surface Segregation Isotherms from Kinetic Measurements, Rev. Adv. Mater. Sci. 21, pp6-17, 2009
Beke D.L., Erdélyi Z.,: Resolution of the diffusional paradox predicting infinitely fast kinetics on the nanoscale, Phys. Rev. B73, pp 035426-1-7, 2006
Beke, D.L., Erdélyi, Z.: Diffusion under large driving forces, Defect and Diffusion Forum 249, 119-126, 2006
M-C. Benoudia, J-M. Roussel, S. Labat, O. Thomas, D. L. Beke, G. Langer , M. Kis-Varga: Investigating interdiffusion in Mo/V multilayers from x-ray scattering and kinetic simulations, Defect and Diffusion Forum 264, 117-122, 2007
Erdélyi Z., Beke D.L. Langer G.A., Csik A.,: Interface shape change and shift kinetics on the nanoscale, Soldi State PhenomenA, 129, pp105-110, 2007
Beke, D.L., Erdélyi, Z., Langer G.: Keveredés nanoskálán, Fizikai Szemle, 2006
Z. Erdélyi, A. Taranovskyy, D. L. Beke: On the Local Equilibrium during Dissolution of a Thin Film, Defect and Diffusion Forum 264, 171-175, 2007
Z. Erdélyi, G.A. Langer, A. Csik, D.L. Beke: Nanoscale effects in interdiffusion, Defect and Diffusion Forum 264, 91-98, 2007
D.L. Beke, Z. Erdélyi, G.L. Katona: Nonlinear stress effects in diffusion, Defect and Diffusion Forum 264, 117-122, 2007
Z. Erdélyi, A. Taranovskyy, D. L. Beke: On the determination of surface segragation isotherms kinetic measurements, Surf. Sci. 602, 805-810, 2008
A. Csik, G.A. Langer, G. Erdélyi, D.L. Beke, Z. Erdelyi1, K. Vad: Investigation of Sb diffusion in amorphous silicon, Vacuum 82, 257-260, 2008
C. Frigeri, M. Serényi, A. Csik, Z. Erdélyi, D. L. Beke and L. Nasi: Structural modifications induced in hydrogenated amorphous Si/Ge multilayers by heat treatments, Journal of Materials Science: Materials in Electronics 19, S289-S293, 2008
Kis-Varga M., Langer G.A., Csik A., Erdélyi Z., Beke D.L.: Effect of substrate temperature on the different diffuseness of subsequent interfaces in binary multilayers, Defect and Diffusion Forum, 277, 27-31, 2008
Z. Balogh, C. Cserháti, D.L. Beke, Z. Erdélyi, A. Csik, G.A. Langer, I. Zizak, N. Darowski, E. Dudzik, R. Feyerherm: Silicide formation reactions in a-Si/Co multilayered samples, Defect and Diffusion Forum 277,3-8, 2008
Cserháti, C., Glodán, Gy., Csik, A., Langer, G.A., Erdélyi, Z., Balogh, Z., Beke, D.L.: Co Anomalous growth kinetics of the CoSi reaction layer in a-Si/Co system, Defect and Diffusion Forum, 273-276, 99-104, 2008
Beke. D.L., Erdélyi Z.,: Growth kinetics on nanoscale: Finite permeability of interfaces, Defect and Diffusion Forum, 266, 1-12, 2007
Erdélyi Z., Beke D.L., Taranovskyy A: Dissolution and off-stoichiometric formation of compound layers in solid state reactions, Applied Physics Letters 92, 133110-1 – 2, 2008
Z. Balogh, Z. Erdélyi, D.L. Beke, G.A. Langer, A. Csik,H-G. Boyen, U. Wiedwald, P. Ziemann, A. Portavoce, C. Girardeaux: Transition from anomalous kinetics towards Fickian diffusion for Si dissolution into amorphous Ge, Applied Physics Letters 92, 143104-1 – 3, 2008
C. Cserháti, Z. Balogh, A. Csik, G.A. Langer, Z. Erdélyi, Gy. Glodan, G.L. Katona, D.L. Beke, I. Zizak, N. Darowski, E. Dzudik, R. Feyerhem,: Linear growth kinetics of nanometric silicides in Co/amporhous-Si and Co/CoSi/amorphopus-Si thin films, Journal of Applied Physics, 194, 1-1-6, 2008
A.Lakatos, A. Csik, G. A. Langer, G. Erdelyi, G. L. Katona, L. Daroczi, K. Vad, J. Toth, D. L. Beke: Investigations of failure mechanisms at Ta and TaO diffusion barriers by Secondary Neutral Mass Spectrometry, Vacuum, 84, pp130-133, 2009
A. Lakatos, G. Erdélyi, Z. Erdélyi, G.A. Langer, L. Daróczi, K. Vad, A. Csik, A. Dudas, D.L. Beke,: Investigations of diffusion kinetics in Si/Ta/Cu/W and Si/Co/Ta systems by Secondary Neutral Mass Spectrometry, Vacuum, nyomdában, 2010
Z. Erdélyi , D.L. Beke, G.A. Langer, A. Csik, C. Cserháti, Z. Balogh: Interface kinetics and morphology on the nanoscale, Vacuum, 84 pp 26-31, 2009
Balogh Z., Erdélyi Z., Beke D.L., Portavoce A., Girardeaux C., Bernardini J., Rolland A.: Silver grain boundary diffusion in Pd, Applied Surface Science, 255, 4844-4847, 2009



Back »