Оптические свойства и структура аморфного углерода

• Автор: Ястребов, Сергей Гурьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 250 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации

Цели работы

Научная новизна и практическая ценность работы

Практическое значение работы

На защиту выносится

Апробация работы

Структура и объем работы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава I. Литературный обзор
Глава II. Технологии и методики исследования
Глава III. Образование нанокластеров алмаза и графита в матрице

аморфного углерода
Глава IV. Оптические свойства аморфного углерода
Глава V. Нанокластеры меди в матрице аморфного углерода
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА I ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
§ 1.1. Основные сведения и краткая характеристика объекта исследования
§ 1.2. Способы синтеза и механизм формирования высокотетраэдрического углерода
§ 1.3. Формирование микрокристаллических алмазов в матрице высокотетраэдрического углерода
§ 1.4 Аморфный углерод, изготавливаемый методом магнетронного распыления графита
§ 1.5. Оптические свойства аморфного углерода
§ 1.6. Спектры фотолюминесценции аморфного углерода
§ 1.7. Спектры оптических констант меди и ее окислов

'* § 1.8. О плазменной модели края собственного поглощения аморфного
углерода
§ 1.9. Модели роста высокотетраэдрического углерода. Применеие методов вычислительной физики для исследования механизмов образования высокотетраэдрического аморфного углерода § 1.10. Оптические свойства аморфного углерода в ИК диапазоне § 1.11. Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия аморфного углерода
ГЛАВА II СПОСОБЫ ВЫРАЩИВАНИЯ СЛОЕВ И МЕТОДИКИ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ § 2.1. Технологии
§ 2.1.1. Метод магнетронного распыления графитовой мишени и сораспыления графитовой и металлической мишеней § 2.1.2. Метод осаждения слоев из плазмы
§ 2.1.3. Метод осаждения слоев в процессе лазерного испарения графита 9 § 2.2. Методы диагностики
§ 2.2.1. Оптическая диагностика выращенных слоев § 2.2.1.1. Отражательная эллипсометрия §2.2.1.2. Спектрофотометрия § 2.2.1.3. ИК спектроскопия
§ 2.2.2. О связи оптических свойств и структуры аморфного углерода § 2.2.2.1. Электродинамика возбуждения поверхностных плазмонов в проводящих частицах нанометровых размеров § 2.22.2. Обобщенный метод
§ 2.2.2.3.Анализ спектров фотовозбуждения и фотолюминесценции § 2.3 Просвечивающая электронная микроскопия и электронная дифракция выбранного участка на изображении § 2.4. Рассеяние под малыми углами
§ 2.6 Особенности использование методов классической молекулярной динамики для моделирования процессов уплотнения аморфного углерода под воздействием бомбардировки гомоатомами

ГЛАВА III Образование нанокластеров алмаза и графита в матрице аморфного углерода
§ 3.1. Образование нанокластеров алмаза при магнетронном распылении графита
§ 3.2. Образование нанокластеров алмаза при лазерном испарении графита
§ 3.4. Образование высокотетраэдрического аморфного углерода при воздействии на аморфный углерод атомами углерода с энергиями 10-500 эВ
ГЛАВА IV ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМОРФНОГО УГЛЕРОДА § 4.1. Исследование равновесия свободный - связанный водород в аморфном углероде методами ИК-спектроскопии § 4.2. Влияние термического воздействия на край оптического поглощения слоев аморфного углерода, выращенных методом магнетронного распыления графита 4 § 4.3. Оптические свойства аморфного углерода, легированного медью
§ 4.4. Плотность состояний в аморфном углероде
§ 4.5. Фотолюминесценция аморфного углерода, выращенного лазерным испарением графита
ГЛАВА V. НАНОКЛАСТЕРЫ МЕДИ В МАТРИЦЕ АМОРФНОГО УГЛЕРОДА
§5.1. Исследование медных кластеров в среде аморфного углерода методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа
§5.2. Исследование медных кластеров в среде аморфного углерода методами сканирующей зондовой микроскопии и спектроскопии §5.3. Исследование морфологии поверхности пленок аморфного углерода, легированного медью
§5.4. Результаты исследования а-С:Н:Си методами рентгеноструктурного анализа, малоуглового рентгеновского рассеяния, рентгеновской спектроскопией ЕХАЕБ и ХА№Б

неупорядоченные системы, обусловлено пространственными флуктуациями атомов, возникающими в процессе приготовления материала. В силу отсутствия дальнего порядка компоненты квазиимпульса в рассматриваемых системах не являются хорошими квантовыми числами, а состояния с заданными значениями квазиимпульса не являются стационарными. Т.е. в этом случае рассеяние носителей заряда в рассматриваемых неупорядоченных системах столь интенсивно, что квазиимпульс не сохраняется даже приближенно. Тем самым лишается смысла представление о законе дисперсии как функциональной связи между энергией и квазиимпульсом. Кроме того, в неупорядоченных системах по сравнению с идеальными кристаллами возрастает роль многоэлектронных эффектов на формирование спектра элементарных возбуждений, приводящих к оптическому поглощению. С другой стороны из анализа экспериментальных данных следует, что в ходе зависимости мнимой части диэлектрической функции от энергии излучения для большинства аморфных полупроводников, в том числе и аморфного углерода, можно выделить два участка. В низкочастотной области спектра это - область экспоненциального поглощения (край Урбаха) [118]:
Здесь п - показатель преломления, г,/?- константы, Ес я Е8 Обычно этот
закон справедлив в ближнем ИК и части видимого диапазона, для которого в спектральной зависимости коэффициента поглощения от длины волны и выделяют экспоненциальный участок:
а(йй>) = ^-^ (Йю)=/ехр(-/?(Ес-Й<и))
Далее, с увеличением энергии, после некоторого ее порогового значения, следует участок, описываемый степенным законом. Этот участок иногда называется краем поглощения аморфного полупроводника.
Теоретически степенная зависимость была впервые получена Тауцем [26], использоввшим квадратичный закон дисперсии между энергией и квазиимпульсом электронов и дырок, пренебрегая правилами отбора для оптических переходов электрона из валентной зоны в зону проводимости. Такому виду дисперсии соответствует корневая зависимость плотности одноэлектронных состояний от