Исследование оптических свойств алмазных поликристаллических пленок

• Автор: Павловский, Игорь Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ ПЛЕНОК. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Некоторые физические свойства алмазных материалов
1.2. Синтез алмаза методом газофазного химического осаждения
1.3. Комбинационное рассеяние света в алмазе
1.4. Теплофизические свойства алмазных материалов
1.5. Автоэмиссионные свойства алмаза
ГЛАВА И. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ СИНТЕЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ АЛМАЗНЫХ ПЛЕНОК
2.1. Установка для газофазного химического осаждения поликристаллических алмазных пленок
2.2. Процедура подготовки подложек и осаждения пленок
2.3. Спектрометр комбинационного рассеяния света для исследования характеристик синтезируемых пленок в процессе их роста
2.4. Фотоакустическая спектроскопия
2.4.1. Теоретические основы фотоакустического метода
2.4.2. Установка для проведения фотоакустических измерений
2.5. Система для измерения автоэмиссионных свойств пленок
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АЛМАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Спектрофотометрические исследования алмазных материалов
3.2. Фотоакустические измерения спектров оптического поглощения алмазных пленок и порошков
3.3. Спектроскопия КРС алмазных пленок ш-вйи
3.4. Катодолюминесценция алмазных пленок
ГЛАВА IV. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛО- И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АЛМАЗНЫХ ПЛЕНОК
4.1 Теоретические предпосылки использования фотоакустического
эффекта для измерения теплопроводности

4.2. Экспериментальное исследование теплопроводности
поликристаллических алмазных пленок
4.2.1. Определение теплопроводности алмазных пленок с помощью фотоакустического эффекта
4.2.2. Влияние структурных особенностей на теплопроводность поликристаллических алмазных пленок
4.3. О корреляции оптических и автоэмиссионных свойств алмазных пленок
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Среди различных природных и синтетических материалов алмаз выделяется удивительной комбинацией физических свойств, при этом многие из них характеризуются параметрами, имеющими рекордные значения. Именно физические свойства алмаза служат основой огромного интереса к нему, распространяющемуся от использования в качестве ювелирного материала до различных технических применений. В то же время относительная простота атомной структуры делает алмаз удобным модельным объектом в различных научных исследованиях и, в частности, для экспериментальной проверки теоретических моделей физики твердого тела.
В последнее время значительно возрос интерес к исследованию и практическому использованию оптических, электронных и теплофизических свойств алмаза. В значительной степени этот интерес стимулируется разработкой методов получения алмазных пленок достаточно большой площади. Как правило, такие пленки имеют поликристаллическую структуру, обуславливающую характерные особенности их физических свойств, некоторые из них остаются до настоящего времени недостаточно изученными. Среди различных методов, используемых при изучении алмазных материалов особое место принадлежит оптическим исследованиям. В частности, спектры оптического поглощения тесно связаны с электронными свойствами алмаза, количеством и типом дефектов и примесей в его кристаллической решетке. Важным обстоятельством является то, что оптические спектры природных и синтетических монокристаллов алмаза достаточно хорошо изучены, на их основе даже строится одна из систем классификации алмазов.

счет “хвостов” плотностей состояний из-за собственных дефектов кристаллической структуры. Все эти механизмы прямым образом влияют на оптические свойства алмазных пленок, и их диагностика позволит прояснить природу автоэлектронной эмиссии в алмазе.
Теория полевой эмиссии, первоначально в металлах, была развита в 1927-28 гг. Фаулером и Нордгеймом [67]. Полученное в этой работе соотношение, связывающее плотность тока эмиссии у, электрическое поле Е, включает зависимость и от работы выхода электронов ср при их туннелировании сквозь потенциальный барьер под действием приложенного внешнего поля:
у*А(/Ф)ехр{В(Ф3/2/Т)}, (3)
где Е = $Е [В/мкм], Р - фактор локального усиления поля, А = 1,54-105 мА/см2, В = -6830, ф в единицах [эВ]. Это выражение в большинстве случаев дает хорошее качественное и количественное согласие с экспериментально измеренными величинами плотностей эмиссионных токов.
Как видно из (3), в формулу для у входят три ключевых параметра -электрическое поле, работа выхода и фактор усиления поля. Эти параметры определяют различные подходы к практической реализации полевых эмиттеров. В случае острийных эмиттеров средние значения поля могут быть снижены до значений ~10 В/мкм за счет изменения морфологии катода, т.е. за счет увеличения фактора р. Для острийного эмиттера с радиусом кривизны острия г и высотой й фактор р = 1 + й/г, для эмиттера ножевого профиля р = 1+ (й/г)ш. Необходимо отметить, что острия с большими значениями Р будут подвергаться влиянию чрезвычайно сильного электрического поля и эмиссионных токов высокой плотности. Такие эмиттеры обычно имеют микронные и субмикронные