Ионно-плазменное осаждение пленок a-C: H и их свойства

• Автор: Рамиз, Ахмед Мохаммед
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 156 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Г Л АВА1 .СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПО ПОЛУЧЕНИЮИ ИССЛЕДОВАНИЮ СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВ ПЛЕНОК а-С:Н
1.1. Углерод и его модификации
1.2. Современные методы получения пленок а-С:Н
1.3. Исследование структуры пленок а-С:Н
1.4.Исследование электрофизических свойств пленок а-С:Н .
ГЛАВА И. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК
2.1.Выбор методов осаждения и типа исходных соединений для получения пленок а-С:Н
2.2.Описание установки для получения пленок а-С:Н
магнетронным методом
2,З.Методка и аппаратура исследования электропроводимости
пленок а-С:Н
2.4.0писание экспериментальной установки для измерения
фотолюминесценции пленок а-С:Н
2.5.Мето дика и экспериментальная установка для измерения теплопроводности а-С:Н пленок
ГЛАВАПІ.ИССЛЕДОВАНИЕМ СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЛЕНОК а-С:Н
3.1 .Исследование состава пленок а-С:Н методом ВИМС
3.2.Исследование ближнего порядка пленок а-С:Н методом
ИК спектроскопии
3.3 Структурное исследование ближнего порядка пленок
а-С:Н методом электронов на отражение
ГЛАВА 1У.ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК а-С:Н
4.1 .Оптические свойства пленок а-С:Н
4.2.Электрические свойства пленок а-С:Н
4.3.Фотолюминесценции пленок а-С:Н
4.4.Теплопроводимость пленок а-С:Н
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы:
Аморфный гидрогенизированный углерод а-С:Н, называемый иногда также алмазоподобным углеродом, впервые был синтезирован в 1953 г. и с тех пор интерес к нему непрерывно возрастает, что особенно заметно проявилось в последние годы. Значительно увеличилось число публикаций на международных и внутренних конференциях, посвященных исследованиям этого материала, возник целый ряд новых регулярных конференций и симпозиумов по аморфному алмазоподобному углероду и родственным материалам. Такой бурный рост интереса к нанесению тонких слоев алмазоподобного углерода обусловлен уникальными свойствами этого материала. Эти свойства включают чрезвычайную твердость, химическую инертность, высокое электрическое сопротивление, оптическую прозрачность и высокую теплопроводность. Сфера практических применений таких пленок очень широка - в качества сверхпрочных покрытий, в высокотемпературной электронике, в солнечной энергетике.
Однако контролируемое получение слоев с заданными свойствами, как следует из публикаций, имеет определенные трудности разработки технологии для каждого конкретного метода нанесения пленки.
В настоящее время все большее применение находят пленки а-С:Н в качества защитных и антиотражающих покрытий в ИК - линзах, фотошаблонов. Пленки а-С:Н также являются перспективным диэлектрическим материалом для твердотельной ВЧ - электроники.
В пленках а-С':Н, полученных при определенных условиях разложения ионно-плазменым (магнетронным) распылением углеводород содержащих газов, атомы углерода образуют тетраэдрические связи. Такой материал, совместимый по технологии с а-БШ, может использоваться для формирования гетеропереходов, сверхрешеток с а-БгН и может быть использован при создании тонкопленочных солнечных элементов, приборов

микроэлектроники, например, фото приемников, фото -и светодиодов и т.д. Известно что в тетраэдрической углерод реализуется в виде алмаза -широкозонного полупроводникового материала, обладающего высокой твердостью, чрезвычайно важно попытаться вырастить пленки а-С:Н по структуре, приближающиеся к алмазу.
Уникальность свойств гидрогенизированных пленок углерода, возможность варьирования их параметров в широких пределах привлекают повышенный интерес со стороны создателей новых приборов и устройств, и обуславливают применение структур на основе пленок углерода в качестве пассивных и активных элементов электронной, телевизионной и оптической техники.
Наибольшее распространение пленки углерода получили в качестве износостойких и коррозионностойких покрытий в устройствах со скольжением деталей, защиты их от механических повреждений и воздействий агрессивных сред, антифрикционных покрытий [1,2].
Благодаря высокой прозрачности пленки используются в качестве защитных покрытий оптических приборов: лазеров, солнечных батарей [3], оптических резонаторов и детекторов[4,5]. Имеются разработки селективных поглотителей и фильтров излучений на основе пленок углерода[6,7,8].
В отличие от кристаллических полупроводников аморфные полупроводники ещё недостаточно изучены. Их свойства сильно зависят от условий получения. В литературе до сих пор не сделано попыток проанализировать элементарные процессы, происходящие в плёнках аморфного углерода во время осаждения. До сих пор невозможно определить переход между гидрогенизированными и негидрогенизированными сплавами.
При исследовании электрических и оптических свойств а-С:Н остается ещё целый ряд очень интересных проблем, что представляет большой интерес для экспериментирования в этом направлении.
Источник углерода Отношение Н/С Плотность (г/см3) Оптическая ширина щели, Ео (эВ) Удельное электрическое сопротивление (Ом-см) Твердость (кг/мм")
Распыление углеродной мишени ионным пучком 0-0,54 2,25-1,6 <1,2 10410'" 2000 гк процарапыванию
Различные углеводороды в ВЧ плазме 1,9-2,0 10у 3400 по Виккерсу
СН4 или С4Ню в ВЧ плазме 0,29-0,42 2,0-2,67 10“
СН4 в ВЧ плазме 1,38-1,56 1,02-1,17 1,3-2,7 4-4,1 вверх до Ю1^ 160-250гк процарапыванию
СН4 в плазме постоянного тока 0,45-0,89 1,46-1,7 1,7 700-1250гк процарапыванию
Двойной пучок из СН4+Аг 1,0 1,8 0,34 3,35х10ь
Ионный пучок из 25% СН4-(-Аг 0,08 0,9-1,1 8,1x10°
СН4 или С2Н4 в ВЧ плазме 2,7 >10'5 4-7 по Мосу
С2Н4 в плазме постоянного тока >2x10Э >2800 по Виккерсу
С2Н2 в ВЧ плазме очень мало 1,7 1,5-2,6 0,65-1,1 10“
С2Н2 в плазме постоянного тока 0,61 1,27 1,2-1,3 1,35 1,55 1,8 2,2 V у! оЗ
Ионизация СбНб на постоянном токе при энергиях ионов а) 250 эВ б) 800 эВ >2 >ю‘” ~5000поВи ккерсу -3000 по Виккерсу
СбНб в ВЧ плазме 0,5 1,5-1,8 0,8-1,8 10" 1250-1650 по Кнуппу
Таблица III. Физические свойства а-С:Н слоев [78].