Исследование структурно-морфологических свойств поликристаллических углеродных пленок

• Автор: Копылов, Петр Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Получение и исследование поликрисгаллпческих углеродных пленок (литературный обзор)
1.1 .Аллотропные формы углеродных материалов
1.2. Формирование углеродных материалов в ходе процесса плазмохимического осаждения
1.3. Оптические и электрофизические свойства поликристалличсских углеродных
материалов
Глава 2. Методика проведения эксперимента
2.1 Экспериментальные методики для получения углеродных пленок методом плазмохимического осаждения
2.2 Методы исследования электронной и фононной энергетической структуры углеродных материалов
2.3 Методы исследования структурно-морфологических свойств
2.4 Дополнительные методы исследования
Глава 3. Исследование структурно-морфологических и электронных свойств кристаллических углеродных пленок
3.1. Зависимость структурно-морфологических характеристик углеродных пленок от режимов плазмохимического осаждения
3.2 Особенности электронной энергетической структуры микрокристаллических алмазных пленок
3.3 Структурные дефекты в нанокристаллическом графите
3.4 Структурно-морфологические характеристики алмазных пленок
3.5 Механизм формирования нанокристаллитов графита
3.6 Основные выводы главы
Глава4. Получение и применение монокристаллов алмаза пирамидальной формы
4.1. Факторы, определяющие геометрию монокристаллов алмаза пирамидальной формы
4.2. Получение монокристаллов алмаза пирамидальной формы
4.3 Исследование свойств монокристаллов алмаза пирамидальной формы
4.4.Практические применения монокристаллов алмаза пирамидальной формы
Заключение
Список публикаций по результатам, представленным в настоящей работе
Список литературы
Введение
Разнообразные углеродные материалы давно и широко используются в различных технических областях и поэтому их изучению посвящено большое число исследований. В последнее время особое внимание привлекают наноструктурированные формы углерода, уникальные свойства которых привлекательны как для практического использования, так и с точки зрения фундаментальных научных исследований. Данная работа посвящена изучению процессов формирования некоторых форм наноструктурованного углерода при конденсации из газовой фазы и исследованию физических свойств полученных материалов.
Изучение плазмохимического осаждения представляет самостоятельный интерес в связи с тем, что разнообразные методы кристаллизации из газовой фазы получили в последнее время бурное развитие в связи с потребностями новой техники, прежде всего микро- и опто-электроники. Одним из главных достоинств данной группы методов является малая концентрация осаждаемого вещества в исходной газообразной среде, следствием чего является малая скорость роста, что позволяет добиться высокой степени контролируемости данного процесса. Именно этот аспект обуславливает применимость метода кристаллизации из газовой фазы для создания различного рода нанообъектов: полупроводниковых гетероструктур, иановолокон, вискеров и т.п., включая разнообразные наноструктурированные углеродные материалы, такие как фуллерены, нанотрубки, наноалмаз, графен и пр. Варьирование параметров, определяющих режим конденсации из газовой фазы, позволяет получать материалы, свойства которых различаются в широком диапазоне и при этом обеспечить «.тонкую настройку» процесса для получения достаточно узкого распределения определенных параметров этих материалов.
Для получения углеродных материалов в основном используется химическая кристаллизация, с помощью которой (в отличие от физической кристаллизации) оказывается возможным относительно простыми методами создать условия, необходимые для формирования конденсированного вещества с заданной атомной структурой из углерод-содержащего газа. При этом дополнительная активация газообразной фазы резко повышает эффективность процесса. Эти обстоятельства определили выбор метода плазмохимического осаждения (ПХО) в данной работе, в ходе выполнения которой создание и активация газообразной углерод-содержащей среды достигались в плазме тлеющего разряда в газовой смеси водорода и метана. Аналогичные методы ПХО широко используются для получения алмазных и наноуглеродных пленок различных видов.

Однако, в виду сложней! взаимосвязи разнообразных физико-химических процессов, протекающих в ходе осаждения, до настоящего времени многие проблемы, относящиеся к методике ПХО, остаются не достаточно понятыми. Это в свою очередь препятствует оптимизации свойств получаемых в ходе ПХО материалов. Прояснение деталей отдельных стадий процесса ПХО представляет собой актуальную задачу для различных областей науки и техники, включая физику наноматериалов, физику газового разряда, кристаллографию и плазмохимию.
Указанные соображения послужили основной мотивацией при формулировке целей данной работы: определение механизмов формирования углеродных пленочных материалов в ходе процесса плазмохимического осаждения, а также выявление специфических структурно-морфологических характеристик таких материалов и их взаимосвязи с конкретными параметрами процесса осаждения.
Для достижения сформулированных выше целей в работе решались следующие конкретные задачи:
1. Определение условий, необходимых для получения углеродных пленок с
заданными структурно-морфологическими характеристиками с помощью ПХО в плазме разряда постоянного тока;
2. Проведение исследований структурно-морфологических характеристик,
получаемых углеродных пленок с помощью стандартных методик, а также разработка специальных методов исследований, направленных на выяснение специфических особенностей пленочных углеродных материалов;
3. Определение корреляционных связей между режимами синтеза материалов и их
струкурно-морфологическимн характеристиками;
4. Построение моделей, описывающих процессы формирования различных
углеродных пленочных материалов в ходе ПХО;
5. Экспериментальная проверка разработанных модельных представлений путем управляемого синтеза материалов с заданными структурно-морфологическими характеристиками.
Научная новизна работы состоит в следующих результатах:
1. Разработанна методика селективного термического окисления углеродных
пленочных материалов, позволяющей получать детальную информацию об их структурно-морфологических характеристиках, а таюке создавать алмазные материалы с уникальными характеристиками;

Смещение, см
Рис. 1.23. КРС-спектр высокогоориентированного пиролитического графита [60].
На практике существование идеальной графитной решетки оказывается практически неосуществимым. Различного рода дефекты в кристаллической решетке отражаются в КРС-спектрах появлением дополнительного пика на частоте 1350 см’1 (так называемая О-линия). Соотношение интенсивностей двух основных линий является мерой кристаллической упорядоченности в решетке графита.
1.3.2. Поликристаллические нанографитные пленки
Рис. 1.24. (А, Б) РЭМ изображения нанокристаллической графитной пленки [61]; (В) КРС-спектр нанокристаллической графитной пленки [60].
Как было сказано выше, нанографитные пленки являются мезопористым материалом, образованным кристаллитами графита, имеющими форму чешуек с