Синтез и ионно-лучевая модификация алмазоподобных углеродных плёнок

• Автор: Базаров, Валерий Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Методы получения, структура и свойства алмазоподобных плёнок

углерода (обзор)

ГЛАВА 2. Техника и методика экспериментов

2Л. Оптическая спектроскопия отражения и пропускания

2.2. Эллипсометрия

2.3. Спектроскопия комбинационного рассеяния

2.4. Исследование структуры и фазового состава

2.5. Техника ионной имплантации

2.6. Методика измерения температурной зависимости электросопротивления

2.7. Техника отжига
ГЛАВА 3. Разработка метода синтеза алмазоподобных плёнок углерода с использованием процесса ионно-стимулированного осаждения графита
3.1. Схема установки для синтеза алмазоподобных плёнок углерода
3.2. Методики приготовления образцов
3.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
ГЛАВА 4. Оптическое поглощение 71-кластеров (расчёт и эксперимент)
ГЛАВА 5. Исследование влияния параметров ионной имплантации на структуру, оптические и электрофизические свойства алмазоподобных плёнок углерода
5.1. Исследование влияния имплантации лёгких ионов (12С)
5.2. Исследование влияния имплантации тяжёлых ионов (13|Хе)
5.3. Исследование влияния химической природы внедряемых ионов (14К)
5.4. Термический отжиг алмазоподобных плёнок углерода в атмосфере азота с примесью кислорода
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Одним из наиболее впечатляющих результатов применения ионно-стимулированных процессов для осаждения тонких плёнок является синтез алмазоподобных плёнок углерода (diamond-like carbon, DLC). Впервые DLC плёнки были получены Айзенбергом (США) [1] и несколько позднее Голяновым с сотрудниками (ИАЭ им, Курчатова) [2] и Стрельницким с сотрудниками (Харьковский ФТИ) [3] конденсацией ионов углерода из потоков, создаваемых распылением графитовой мишени, и осаждением из плазмы вакуумной дуги с графитовым катодом, соответственно. Эти плёнки обладают уникальным сочетанием физико-химических и механических свойств, близких к алмазу, что определило широкие перспективы практического применения DLC плёнок, в частности в оптическом производстве в качестве многофункциональных покрытий. Кроме того, они могут использоваться в качестве материалов для низкополевых эмиттеров, а также солнечных элементов, о чём свидетельствуют появившиеся в последнее время публикации .
По мере развития методов получения алмазоподобных плёнок, а также становления таких новых направлений как наноэлектроника и физика наноструктур, области возможных применений этих материалов вышли за рамки традиционных, а их нанокластерная структура стала объектом интенсивных исследований фундаментального характера. Дело в том, что в отличие от классических аморфных полупроводников, таких как a-Si и a-Ge, структура плёнок образована алмазоподобной аморфной матрицей, в которую встроены фрагменты графитовых плоскостей нанометрового размера - графитоподобные нанокластеры. При этом размеры и концентрация нанокластеров решающим образом влияют на электронные свойства плёнок. В частности, благодаря размерному квантованию, оптическая щель этих плёнок отлична от нуля и определяется средним размером нанокластеров.
Вот почему сохраняется устойчивый и повышенный интерес к этим материалам, хотя со времени первых публикаций по алмазоподобным плёнкам прошло уже 30 лет. Естественно, что направленность работ существенно изменилась и они теперь в основном посвящены изучению возможности управления электронными свойствами алмазоподобных плёнок путем введения легирующих примесей, модификации нанокластерной структуры с помощью различных энергетических обработок, синтезу нанокомпозитных материалов.
Здесь уместно заметить, что, как свидетельствуют исследования последних лет, ионная имплантация является прежде всего одним из наиболее эффективных методов создания нанокомпозитных сред. Другим, не менее важным и интересным потенциальным качеством метода ионной имплантации может стать возможность прецизионной модификации свойств наноструктурных материалов. Это направление исследований в настоящее время развито ещё слабо. Здесь, на что мы хотим обратить внимание читателя, имеется принципиальное отличие от ионно-лучевой модификации однородных по структуре материалов, которое обусловлено малым размером структурных составляющих (например, наночастиц) таких сред, а именно:
1. Близость границы у каждой наночастицы, являющейся эффективным стоком для радиационных дефектов, может препятствовать накоплению радиационных дефектов в наночастицах, что делает наноструктурные материалы в целом радиационно - устойчивыми. 2. Нанометровые размеры структурных элементов приводят к тому, что взаимодействие каждого элемента даже с одним примесным атомом или молекулой может кардинально изменить электронный спектр элемента и, следовательно, электронные свойства всего нанокомпозита в целом.
Как уже было сказано выше, одним из наиболее отличительных и интригующих особенностей DLC плёнок является их нанокластерная

Рис.6. Схематическое изображение эффекта ионного стимулирования при осаждении алмазоподобной плёнки методом ионно-лучевого распыления графита.
применяемый для этих целей в установках других авторов. Сниженная из-за малости угла падения плотность ионного тока на поверхности плёнки (1=1о-з1п(а)) в определенной степени компенсируется высокой эффективностью воздействия первичного иона. Другим преимуществом данного метода является то, что сами бомбардирующие ионы не внедряются в плёнку и не загрязняют её. Недостатком метода является то, что прицельный параметр и соответственно угол рассеяния <р могут меняться в широких пределах, что приводит к большому разбросу значений Е2. Поэтому эффект воздействия ионной бомбардировки может иметь как объёмный, так и поверхностный характер. Тем не менее, полученные результаты показывают, что предложенный метод позволяет получать воспроизводимые по своим свойствам и качественные алмазоподобные плёнки а-С.
В основе механизма формирования неравновесных алмазоподобных плёнок лежит, скорее всего, создание высоких сжимающих механических напряжений в области синтеза. Поэтому получаемые плёнки имеют большие