Analysis of phase growth suppression criteria in Ni-Si and Co-Si systems

Main Article Content

Ю. О. Ляшенко


We considered the kinetic and thermodynamic criteria of suppression of the binary phase growth in the diffusion zone between the pure components. The kinetic criterion is based on the flux balance equation. The thermodynamic criterion is based on the principle of maximum of the free energy release rate. The Ni-Si system was taken as a first example to demonstrate that a thermodynamic criterion leads to the bigger values of the critical thickness. In its turn the suppression of the phase growth emerges. The results of the calculations show that the growth of Ni2Sn phase is more efficient in the initial diffusion interaction. The use of approach of the developed model in the Co-Si system reveals the equal efficiency of either of Co Si phase growth either of Co2Si phase and Co Si phase growth combination in the diffusion zone in the initial stage of diffusion reaction. Results of calculations well fit the experimental data.

Article Details

Materials Physics


1. Гуров К. П., Карташкин Б. А., Угасте Ю. Э. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах. – Москва: Наука, 1981. – 352 с.
2. Гусак А. М., Богатырев А. О., Запорожец Т. В., Ковальчук А. А., Корниенко С. В., Луценко Г. В., Ляшенко Ю. А., Ширинян А. С. Модели твердофазных реакций. – Черкассы: Черкасский национальный университет, 2004. – 315с.
3. Gusak A. M., Lyashenko Yu. A., Kornienko S. V., Zaporozhets T. V., Pasichnyy M. O., Shirinyan A. S. Diffusion-Controlled Solid State Reactions – Weinheim, Germany: Wiley-VCH, 2010. – 498 p.
4. Гусак А. М., Гуров К. П. Кинетика фазообразования в диффузионной зоне при взаимной диффузии // ФММ. – 1982. – Т.53, Вып. 5. – С.842 847, 848-851.
5. Гусак А. М., Ляшенко Ю. A. Принцип максимальности производства энтропии при выборе пути эволюции диффузионно-взаимодействующих систем// Журнал функциональных материалов. – 2007. – Т.1, №5. – С. 170-180, №6. – С. 210-214, №7. – С. 250-257.
6. Tu K. N. Electronic thin-films reliability. – New York: Cambridge University, 2011. – 412 p.
7. Gulpen I. Reactive Phase Formation in the Ni-Si System, Ph. D. thesis // Eindhoven: Eindhoven University of Tehnology, 1996. – 106 p.
8. Gulpen I., Kodentsov A., van Loo F. Growth of Silicides in Ni-Si and Ni SiC Bulk Diffusion Couples // Z. Metallkd. – 1995. – V. 86. – P. 530-539.
9. Lavoie C., d’Heurle F. M., Detavernier C., Cabral C. Towards Implementation of Nickel Silicide Process for CMOS Technologies // Microelectronic Engineering. – 2003. – V. 70. – P. 144-157.
10. Гуров К. П., Гусак А. М. Об инкубационном периоде образования промежуточных фаз // Известия АН СССР. Металлы. – 1990. – № 1. – C. 163-165.
11. Lyashenko Yu. O. Suppression Criterion of the Phase Growth Based on Extremal Principles of Nonequilibrium Thermodynamics // Defect and Diffusion Forum. – 2008. – V. 277. – P. 35-42.
12. Paul A. The Kirkendall Effect in Solid State Diffusion, Ph. D. thesis // Eindhoven: Eindhoven University of Tehnology, 2004. – 155 p.
13. Tu K. N., Ottaviani G., Thompson R. D. Thermal Stability and Growth Kinetics of Co2Si and CoSi in Thin-Film Reactions // J. Appl. Phys. – 1982. – V. 53. – P. 4406-4410.