Preparation of submicron cobalt films using cobalt oxalate as a precursor

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The possibility of obtaining porous two-dimensional cobalt structures (films) with submicron thickness using cobalt oxalate as a precursor during heat treatment in a hydrogen flow has been established. It is shown that the formation of two-dimensional structures on liquid low-melting metals (In, Ga) allows avoiding the formation of cracks and increases the integrity of Co films. It is shown that the thickness of Co films on Si reaches 100 nm, but the linear size of such cobalt sheets does not exceed 20 microns. The use of low-melting indium as a substrate makes it possible to increase the average size of Co films compared to Co films on silicon without an intermediate indium layer. The material is a thin two-dimensional layered structure of porous cobalt formed by interlacing metal chains. The film thickness is ~ 500 nm, and the linear size reaches 200 microns. The possibility of obtaining a durable metal film of Co-10% Ga on a massive drop of gallium measuring 20x15 mm has been established.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. I. Alymov

Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nmrubtss@mail.ru
Russian Federation, Chernogolovka

N. M. Rubtsov

Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Material Science of the Russian Academy of Sciences; Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: nmrubtss@mail.ru
Russian Federation, Chernogolovka; Moscow

V. A. Zelensky

Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nmrubtss@mail.ru
Russian Federation, Chernogolovka

A. B. Ankudinov

Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nmrubtss@mail.ru
Russian Federation, Chernogolovka

O. D. Boyarchenko

Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nmrubtss@mail.ru
Russian Federation, Chernogolovka

A. E. Sychev

Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nmrubtss@mail.ru
Russian Federation, Chernogolovka

V. I. Chernysh

Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nmrubtss@mail.ru
Russian Federation, Chernogolovka

G. I. Tsvetkov

Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nmrubtss@mail.ru
Russian Federation, Chernogolovka

References

  1. Kafizas A., Carmalt C. J., Parkin I. P. // Coord. Chem. Rev. 2013. V. 257. P. 2073. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2012.12.004
  2. Chang L., Montoye R.K., Nakamura Y. et al. // IEEE J. Solid State Circuits. 2008. V. 43. P. 956. https://doi.org/10.1109/JSSC.2007.917509
  3. Ivanova A. R., Nuesca G., Chen X. et al. // J. Electrochem. Soc. 1999. V. 146. P. 2139. https://doi.org/10.1149/1.1391904
  4. Kaloyeros A. E., Londergan A., Arkles B. Method of interlayer mediated epitaxy of cobalt silicide from low temperature chemical vapor deposition of cobalt. US Pat. 6,346,477. 2002.
  5. Zaera F. // Coord. Chem. Rev. 2013. V. 257. P. 3177. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2013.04.006
  6. Elliott S. D., Dey G., Maimaiti Y. // J. Chem. Phys. 2017. V. 146. P. 052822. https://doi.org/10.1063/1.4975085
  7. Smirnov Yu. M. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2020. V. 14. № 2. P. 209. https://doi.org/10.1134/S1990793120020293
  8. Vasiliev A. A., Dzidziguri E. L., Efimov M. N. et al. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2021. V. 15. № 3. P. 381. https://doi.org/10.1134/S1990793121030313
  9. Vikulova M. A., Tsyganov A. R., Artyukhov D. I. et al. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2023. V. 17. № 6. P. 1311. https://doi.org/10.1134/S199079312306009X
  10. Chizhik S.A., Gribov P.A., Kovalsky L.Yu. et al. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2024. V. 18. № 1. P.153. https://doi.org/10.1134/S1990793124010226
  11. Lammers D. // Semicond. Manuf. Des. Community. 2017. semimd.com/ blog/2017/12/21.
  12. Singer P. // Semicond. Des. Manuf. Community. 2018. http://semimd.com/blog/ tag/cobalt/
  13. Londergan A.R. Nuesca G., Goldberg C. et al. // J. Electrochem. Soc. 2001. V. 148. P. C21.
  14. Dorovskikh S. I., Hairullin R. R., Sysoev S. V. et al. // Surf. Eng. 2016. V. 32. P. 8. https://doi.org/10.1179/1743294414Y.0000000424
  15. Samal N., Chetry K. B., Rook K., Hayes A. et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. Nanotechnol. Microelectron. Mater. Process. Meas. Phenom. 2014. V. 32. 011206. https://doi.org/10.1116/1.4836455
  16. Georgi C., Hapke M., Thiel I., Hildebrandt A. et al. // Thin Solid Films. 2015. V. 578. P. 180. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.01.052
  17. Ramos B. K., Saly M. J., Chabal Y. J. et al. // Coord. Chem. Rev. 2013. V. 257. P. 3271. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2013.03/028
  18. Yang Y. , Fei H., Ruan G. , Tour D.M. // Adv. Mater. 2015. V. 27. № 20. P. 3175. https://doi.org/10.1002/adfm.201502479
  19. Alymov M.I., Rubtsov N.M., Zelensky V.A. et al. A method for producing ultrathin sheets of porous metals and alloys: Pat. RF 2819948 // 2024 B.I. 16. P. 45.
  20. Koryakin A.A., Kukushkin S.A., Osipov A.V. et al. // Phys. Solid State. 2022. V. 64. P. 113. https://doi.org/10.21883/pss.2022.01.52497.209
  21. Kukushkin S.A., Osipov A.V., Bessolov V.N. et al. // Phys. Solid State. 2017. V. 59. P. 674. https://doi.org/10.21883/ftt.2017.04.44266.287
  22. Sakalo T.V., Kukushkin S.A. // Appl. Surf. Sci. 1996. V. 92. P. 350. https://doi.org/10.1016/0169-4332(95)00254-5
  23. Zheng S., Zeng M., Cao H. et al. // Sci. China Mater. 2019. V. 62. P. 1087. https://doi.org/10.1007/s40843-019-9406-7
  24. Rubtsov N.M. Key Factors of Combustion. From Kinetics to Gas Dynamics. Springer International Publishing AG. 2017.ISBN: ISBN 978-3-319-45996-7.
  25. Alymov M.I., Rubtsov N.M., Seplyarskii B.S. et al. // Mendeleev Commun. 2016. V. 26. P. 452.
  26. Diagrams of the state of double metal systems. Ed. by Lyakishev N. P. V. 2. Moscow: Mechanical engineering, 1997.
  27. Alymov M.I., Rubtsov N.M., Zelensky V.A. et al. A method for producing a porous metal, alloy or psEᵤdo-alloy: Pat. RF 2815844 // B.I. 2024. № 9. P. 30.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Morphology of a porous cobalt film obtained from Co oxalate deposited on a Si(100) surface: general view (a) and region (b) highlighted in Fig. 1a with a marker in the form of a circle, at higher magnification. When obtaining cobalt films, a saturated alcohol solution of the initial Co oxalate was diluted 10 times.

Download (350KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Morphology of a porous cobalt film obtained from Co oxalate (a) deposited on an In/Si(100) surface, and the region (b) highlighted in Fig. 2a by a marker in the form of a circle, at higher magnification. When obtaining cobalt films, a saturated alcohol solution of the initial Co oxalate was diluted 5 times.

Download (562KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Fragment of the Co–In–Si(100) sample. When obtaining cobalt films, the saturated alcohol solution of the initial Co oxalate was diluted 5 times.

Download (252KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. a – Morphological features of the cobalt film obtained using an optical microscope, the upper left corner shows the appearance of the Co–In–Si(100) sample; b – SEM image of the indium surface after heat treatment, deposited on a Si(100) substrate; c – SEM image of the cobalt film with a trace of a diamond indenter; d – enlarged image in the area of ​​the indenter trace.

Download (698KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. SEM image of the morphology of fragments of a thin porous cobalt film in the Co–Ga–Si(100) structure.

Download (313KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Morphology of a porous cobalt film obtained from Co oxalate (a) deposited on a Ga/Si(100) surface; b – a fragment of the region marked with a marker in Fig. 6a in the form of a circle, at higher magnification.

Download (524KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Metallic film Co – 10% Ga on a drop of gallium: a and b – different positions of the substrate.

Download (142KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».