Thermochemical processes and aging of submicron tungsten film on the surface of glass microspheres

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The morphological surface changes and chemical transformations caused by thermal annealing and aging of 0.05–0.12 μm thick tungsten film deposited by gas-phase deposition on the surface of glass microspheres have been studied. It is shown that the peculiarities of thermochemical processes and changes in the electrical impedance of the tungsten film during aging are caused primarily by the formation of tungsten acid hydrate and tungsten oxides, which is accompanied by the formation of nanorelief of the film surface. Oxidation of tungsten on the surface of sodium silicate glass by oxygen begins at 430°C and is accompanied by the formation at 530°C mainly δ-WO3, γ-WO3and Na5(W14O44). At 920°C, localized zones of refractory tungstate and sodium divalphramate are formed on the surface of glass spheres.

About the authors

D. N. Sadovnichii

Federal Center for Dual Technologies “Soyuz”

Email: soyuz@fcdt.ru
Dzerzhinsky, Russia

Y. M. Milekhin

Federal Center for Dual Technologies “Soyuz”

Dzerzhinsky, Russia

A. A. Koptelov

Federal Center for Dual Technologies “Soyuz”

Dzerzhinsky, Russia

S. A. Malinin

Federal Center for Dual Technologies “Soyuz”

Dzerzhinsky, Russia

A. A. Rogozina

Federal Center for Dual Technologies “Soyuz”

Dzerzhinsky, Russia

K. Yu. Sheremetev

Federal Center for Dual Technologies “Soyuz”

Dzerzhinsky, Russia

References

  1. Wang W., Li Q., Li Y. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42 (21). P. 215306. https://doi.org/10.1088/0022-3727/42/21/215306
  2. Трофимов Н.Н., Канович М.З., Карташов Э.М. и др. Физика композиционных материалов. М.: Мир, 2005. Т. 2. 344 с.
  3. Валеев А.С., Красников Г.Я. // Микроэлектроника. 2015. Т. 44. № 3. С. 180. https://doi.org/10.7868/S0544126915030084 [Valeev A.S., Krasnikov G.Y. // Russ. Microelectron. 2015. V. 44. № 3. P. 154. https://doi.org/10.1134/S1063739715030087].
  4. Choi D., Barmak K. // Electron. Mater. Lett. 2017. V. 13. P. 449. https://doi.org/10.1007/s13391-017-1610-5
  5. Зеликман А.Н. Металлургия тугоплавких редких металлов. М.: Металлургия, 1986. 440 с.
  6. Hitchman M.L., Jobson A.D., Kwakman L.F. Tz. // Appl. Surf. Sci. 1989. V. 38 (1–4). P. 312. https://doi.org/10.1016/0169-4332(89)90552-7
  7. Szörényi T., Piglmayer K., Zhang G.Q., Bäuerle D. // Surf. Sci. 1988. V. 202 (3). P. 442. https://doi.org/10.1016/0039-6028(88)90046-5
  8. Creighton J.R., Parmeter J.E. // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 1993. V. 18 (2). P. 175. https://doi.org/10.1080/10408439308242560
  9. Душик В.В., Рожанский Н.В., Залавутдинов Р.Х. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2019. № 10. С. 36. https://doi.org/10.1134/S0207352819100093
  10. Wang S., He Y., Liu X. et al. // J. Cryst. Growth. 2011. V. 316 (1). P. 137. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2010.10.222
  11. Davazoglou D., Moutsakis A., Valamontes V. et al. // J. Electrochem. Soc. 1997. V. 144 (2). P. 595. https://doi.org/10.1149/1.1837453
  12. Velicu L., Tiron V., Porosnicu C. et al. // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 424. Part 3. P. 397. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.067
  13. Engwalla A.M., Shina S.J., Baeb J., Wang Y.M. // Surf. Coat. Technol. 2019. V. 363. P. 191. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.02.055
  14. Томаев В.В., Сохович Е.В., Мякин С.В. и др. // Физика и химия стекла. 2022. Т. 48. № 1. С. 85. https://doi.org/10.31857/S0132665122010152
  15. Dellasega D., Bollani M., Anzi L. et. al. // Thin Solid Films. 2018. V. 666. P. 121. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2018.09.042
  16. Chookajorn T., Murdoch H.A., Schuh C.A. // Science. 2012. V. 337. P. 951. https://doi.org/10.1126/science.1224737
  17. Liu J., Barmak K. // Acta Mater. 2016. V. 104. P. 223. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.11.049
  18. Spanu D., Recchia S., Schmuki P., Altomare M. // Phys. Status Solidi RRL. 2020. V. 14. P. 2000235. https://doi.org/10.1002/pssr.202000235
  19. Wang C., He Y.H., Hou L.Z. // Nano. 2013. V. 08 (01). P. 1350010. https://doi.org/10.1142/S1793292013500100
  20. Костомаров Д.В. // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 2. С. 311.
  21. Donaldson O.K., Hattar K., Kaub T. et al. // J. Mater. Res. 2018. V. 33. P. 68. https://doi.org/10.1557/jmr.2017.296
  22. Lillard R.S., Kanner G.S., Butt D.P. // J. Electrochem. Soc. 1998. V. 145 (8). P. 2718. https://doi.org/10.1149/1.1838704
  23. Anik M., Osseo-Asare K. // J. Electrochem. Soc. 2002. V. 149 (6). P. B224. https://doi.org/10.1149/1.1471544.
  24. Калинчак В.В., Орловская С.Г., Грызунова Т.В. // Теплофизика высоких температур. 2003. Т. 41. № 3. С. 465. [Kalinchak V.V., Orlovskaya S.G., Gryzunova T.V. // High Temp. 2003. V. 41. P. 408. https://doi.org/10.1023/A:1024255030006].
  25. Громов А.А., Квон Я.С., Ильин А.П., Верещагин В.И. // Журн. физ. химии. 2004. Т. 78. № 9. С. 1698. [Gromov A.A., Il’in A.P., Vereshchagin V.I., Kwon Y.S. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2004. V. 78 (9). С. 1484].
  26. Nowak C., Kirchheim R., Schmitz G. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. P. 143104. https://doi.org/10.1063/1.2358203
  27. You G.F., John T.L. // J. Appl. Phys. 2010. V. 108, P. 094312. https://doi.org/10.1063/1.3504248
  28. Mokrushin V.V., Tsarev M.V., Korshunov K.V. et al. // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2014. V. 23 (1). P. 26. https://doi.org/10.3103/S1061386214010099
  29. Novocontrol Technologies GmbH & Co. KG, WinDETA 5.84, Owner’s Manual.
  30. Chen S., Wang J., Wu R. et al. // J. Mater. Sci. Technol. 2021. V. 90 (10). P. 66. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.02.027
  31. Liu J., Barmak K. // Acta Mater. 2016. V. 104. P. 223. http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2015.11.049
  32. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.: Химия, 1975. 536 с.
  33. Мотт H., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических материалах. / Пер с англ. Под ред. Б.Т. Коломийца. М.: МИР, 1978. 472 с. [Mott N.F., Davis E.A. Electronic processes in non-crystalline materials. Oxford: Clarendon Press, 1971].
  34. Зеликман А.Н., Никитина Л.С. Вольфрам. М.: Металлургия, 1978. 272 с.
  35. Sun H.L., Song Z.X., Guo D.G. et al. // J. Mater. Sci. Technol. 2010. V. 26 (1). P. 87. https://doi.org/10.1016/S1005-0302(10)60014-X
  36. Zheng H., Ou J.Z., Strano M.S. et al. // Adv. Funct. Mater. 2011. V. 21 (12). P. 2175. https://doi.org/10.1002/adfm.201002477
  37. Bandi S., Srivastav A.K. // J. Mater. Sci. 2021. V. 56. P. 6615. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05757-2
  38. Yao Y., Sang D., Duan S. et al. // Nanotechnology. 2021. V. 32. P. 332501.
  39. Cheng H., Klapproth M., Sagaltchik A. et al. // J. Mater. Chem. A. 2018. V. 6. P. 2249. https://doi.org /10.1039/C7TA09579A
  40. Жужельский Д.В., Ялда К.Д., Спиридонов В.Н. и др. // Журн. общ. химии. 2018. Т. 88. № 3. С. 493. [Zhuzhel’skii D.V., Yalda K.D., Spiridonov V.N. et al. // Russ. J. Gen. Chem. 2018. V. 88 (3). P. 520. https://doi.org /10.1134/S1070363218030209].
  41. Zhuiykov S., Kats E., Carey B., Balendhran S. // Nanoscale. 2014. V. 6. P. 15029. https://doi.org/10.1039/c4nr05008h
  42. Yang H., Suna H., Lia Q. et al. // Vacuum. 2019. V. 164. P. 411. http://doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.03.053
  43. Козюхин С.А., Бедин С.А., Рудаковская П.Г. и др. // Физика и техника полупроводников. 2018. Т. 52. № 7. С. 745. https://doi.org/10.21883/FTP.2018.07.46046.8719 [Kozyukhin S.A., Rudakovskaya P.G., Ivanova O.S et al. // Semiconductors. 2018. V. 52 (7). P. 885. https://doi.org/10.1134/S1063782618070114].
  44. Химическая энциклопедия. М.: Издательство “Советская энциклопедия”, 1988. Т. 1. С. 418.
  45. Третьяков Ю.Д., Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н., Цивадзе А.Ю. Неорганическая химия. Химия элементов: Учебник в двух томах. Т. 1. М.: Изд-во МГУ; ИКЦ “Академкнига”, 2007. 537 с.
  46. Костомаров Д.В., Багдасаров Х.С., Антонов Е.В. // Докл. академии наук. 2012. Т. 446. № 4. С. 407.
  47. Костомаров Д.В., Багдасаров Х.С., Антонов Е.В. // Там же. 2012. Т. 442. № 5. С. 631.
  48. Казенас Е.К., Цветков Ю.В., Астахова Г.К. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2020. № 4. С. 80. https://doi.org/10.30791/0015-3214-2020-4-80-84
  49. Лопатин С.И. // Журн. общ. химии. 2007. Т. 77. Вып. 11. С. 1761. [Lopatin S.I. // Russ. J. Gen. Chem. 2007. V. 77 (11). P. 1823. https://doi.org/10.1134/S1070363207110011]
  50. Садовничий Д.Н., Милехин Ю.М., Казаков Е.Д. и др. // Изв. Академии наук. Серия химическая. 2023. Т. 72. № 9. С. 2048. [Sadovnichii D.N., Milekhin Yu.M., Kazakov E.D. et al. // Russ. Chem. Bull. 2023. V. 72 (9). P. 2048. https://doi.org/10.1007/s11172-023-3999-3].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences