Rev. Phys. Appl. (Paris) 25, 1113-1119 (1990)
DOI: 10.1051/rphysap:0199000250110111300

Diffusion of nitrogen implanted in titanium nitride (TiN1-x)

F. Abautret et P. Eveno

Laboratoire de Physique des Matériaux, C.N.R.S., 1 place Aristide Briand, 92190 Meudon, France

Abstract
The diffusion of nitrogen 15, implanted in non-stoichiometric titanium nitride single-crystals (δ - TiN1-x phase), was investigated in the 700 °C-1400 °C temperature range. The annealing time was about 2 hours. The concentration profiles of nitrogen 15, after implantation and diffusion annealing, were measured by Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS). The diffusion coefficients were determinated by fitting the experimental and theoretical profiles, corresponding to the solution of the Fick's law for an initial partly Gaussian profile. The diffusion coefficient of nitrogen 15 can be described by the relation : D = 4 x 10^-7 (cm 2/s) exp [- 2.26 ± 0.2 (eV/at)/kT], in the layer near the surface (at high tracer concentration) and by the relation : D = 1.3 × 10^-8 (cm2/s) exp [-1.65 ± 0.2 (eV/at)/kT] in a deeper layer.

Résumé
La diffusion de l'azote 15 implanté dans des monocristaux de nitrure de titane non stoechiométrique (phase δ-TiN1-x) a été étudiée dans un domaine de température compris entre 700 °C et 1 400 °C. La durée des traitements de diffusion est de l'ordre de 2 heures. Les profils de concentration d'azote 15, obtenus après implantation et après recuit de diffusion sont mesurés à l'aide d'un analyseur ionique secondaire (SIMS). Les coefficients de diffusion sont déterminés en ajustant sur chaque profil expérimental une courbe théorique correspondant à l'évolution par diffusion d'un profil initial partiellement gaussien. Le coefficient de diffusion de l'azote 15 dans le domaine de température étudié, se traduit par la relation : D = 4 x 10^-7 (cm2/s) exp [- 2,26 ± 0,2 (eV/at)/ kT], dans la région proche de la surface (à forte concentration en traceur) et par la relation : D = 1,3 × 10^-8 (cm2/s) exp [-1,65 ± 0,2 (eV/at)/ kT] plus en profondeur.

PACS
6630H - Self diffusion and ionic conduction in solid nonmetals.
6170T - Doping and implantation of impurities.

Key words
annealing -- ion implantation -- secondary ion mass spectra -- self diffusion in solids -- titanium compounds -- Fick law -- nonstoichiometric crystals -- single crystals -- delta TiN sub 1 x phase -- concentration profiles -- implantation -- diffusion annealing -- Secondary Ion Mass Spectrometry -- diffusion coefficients -- Gaussian profile -- surface -- tracer -- 700 to 1400 degC -- TiN sub 1 x