Получение и исследование наноалмазных пленок

• Автор: Долганов, Матвей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Получение и исследование алмазных поликристаллических пленок
(литературный обзор)
1.1. Аллотропные формы углеродных материалов
1.2. Способы получения алмазных и наноалмазных материалов
1.3. Морфология моно- и поликристаллических алмазов
1.3.1. Факторы, определяющие морфологию монокристаллического алмаза
1.3.2. Факторы, определяющие морфологию поликристаллического алмаза
1.4. Особенности формирования алмазных пленок в ходе плазмохимического осаждения углерода
1.4.1. Кинетика физико-химических процессов
1.4.2. Различие механизмов формирования различных граней алмазных кристаллов
1.5. Физико-химические свойства алмазных пленок и их практическое применение
Глава 2. Методика проведения эксперимента
2.1. Экспериментальные методики для осаждения алмазных пленок
2.2. Оптическая эмиссионная спектроскопия газоразрядной плазмы
2.3. Методы исследования морфологии, структуры и фазового состава осажденных пленок
2.3.1. Спектроскопия комбинационного рассеяния света
2.3.2. Термогравиметрия и метод селективного окисления
2.3.3. Оптическая и электронная микроскопия
Глава 3. Исследование структурно-морфологических свойств алмазных
пленок
3.1. Влияние предварительной обработки подложек на формирование алмазных пленок
3.2. Зависимость структуры и морфологии алмазных пленок от основных макроскопических параметров осаждения
3.2.1. Зависимость структуры и морфологии алмазных пленок от концентрации метана
3.2.2. Зависимость структуры и морфологии алмазных пленок от температуры подложки

3.3. Характеристики и фазовый состав поликристаллических текстурированных пленок
3.4. Характеристики и фазовый состав наноалмазных пленок
3.5. Влияние малых примесей азота на свойства алмазных пленок
3.5.1. Влияние малых примесей азота на свойства текстурированных пленок
3.5.2. Влияние малых примесей азота на свойства наноалмазных пленок
3.6. Основные механизмы формирования алмазных и наноалмазных пленок
Глава 4. Численное моделирование процесса роста алмазных пленок
4.1. Построение численной модели
4.2. Симуляция процессов формирования поликристаллических алмазных пленок
Заключение
Список публикаций по результатам, представленным в работе
Список литературы

Введение
Уникальная комбинация физических свойств алмаза, включая исключительно высокую твердость и коэффициент теплопроводности, оптическую прозрачность в широком спектральном диапазоне и высокий показатель преломления, высокую подвижность носителей заряда и др., привлекают к этому материалу повышенное внимание с точки зрения его практического использования. В тоже время относительная редкость и ограниченность размеров алмазов естественного природного происхождения делают чрезвычайно важными и актуальными разработки методов искусственного синтеза этого материала. В последнее время дополнительный интерес к этой проблеме вызывается также возможностью синтеза алмазоподобных материалов, представляющих собой углерод-углеродные композиты, а также наноразмерных частиц алмаза, обладающие свойствами, отличными от “объемного” алмаза. Свойства таких наноматериалов привлекательны для использования в различных областях от электроники до биотехнологий.
С точки зрения практического использования, в большинстве случаев
алмазные и наноалмазные материалы требуются в виде тонких пленок,
нанесенных на подложку, или в виде тонкопленочных покрытий на
различных деталях, изготовленных из других (неалмазных и неуглеродных)
материалов. Как правило, такие пленочные покрытия создаются посредством
методов химического осаждения углерода из газовой фазы, активированной
тем или иным способом. Несмотря на многочисленные исследования, многие
аспекты процессов, происходящих во время такого химического осаждения,
остаются невыясненными, вследствие чего зачастую получение материала с
требуемыми характеристиками ведется методом проб и ошибок.
Недостаточное понимание механизмов роста вызвано, в частности,
отсутствием или ограниченностью информации о взаимосвязи параметров

Кроме этого возможен существенный вклад двухатомного углерода. Распределение частиц с двумя атомами углерода (от С2 до С2Н6) не является функцией только отношения Н/Н2 вследствие того, что молекулы С2Н2, С2Н4 и С2Н6 стабильны, и реакции вида
С2Н2 + Н2 -*■ С2Н3 + Н имеют высокую энергию активации и, следовательно, проходят слишком медленно. Концентрации частиц С2НП при п>2 весьма малы вследствие их нестабильности при высоких температурах и в присутствии атомного водорода и ацетилена.
На сегодняшний день не существует единой точки зрения относительно влияния углеродных радикалов на процесс роста алмазного материала. В качестве структурных единиц, ответственных за формирование алмазного кристалла, в ряде работ принимают С, СН, СН2, СН3, СН4, ионы СН3+, а также сложные углеводородные молекулы, имеющие структуру, схожую с алмазной. Тем не менее, при анализе роли приведенных выше молекул разумно исходить из предположения о том, что частота столкновения потенциальной структурной единицы с поверхностью алмазного кристалла должна быть сопоставима со скоростью внедрения углерода в структуру кристалла. При типичных скоростях роста алмаза в 1 мкм/час концентрация структурных единиц у поверхности должна равняться Зх1010Л/пс см’3, где пс -число атомов углерода в рассматриваемой молекуле [53]. Измерения концентраций приведенных выше молекул показали, что только СН4, СН3 и С2Н2 присутствуют в достаточном количестве в приповерхностной области алмазной пленки. Принимая во внимание низкую реакционную способность метана, из возможных кандидатов остаются только СН3 и С2Н2. В связи с этим в ряде работ предлагаются механизмы роста алмазных пленок, в которых структурными единицами растущего кристалла принимаются молекулы СН3 [54, 55], С2Н2 [56] по отдельности и в совокупности [56]. Тем