The effect of thermal and microwave treatments on the properties of amorphous DLC-films formed by deposition in CH4 plasma

Abstract

Аннотация. Благодаря открытию возможности синтеза двумерных материалов, таких как графен, интерес к углеродным пленкам значительно возрос в последние декады. Немаловажным фактором практического использования углеродных пленок является масштабируемость производства. Природные углеродные структуры, такие как алмаз и графит, нашли широкое применение в различных областях сферы деятельности человечества. Популярность этих материалов обусловлена уникальностью связей атомов углерода, находящихся в состояниях с sp2- (графит) и sp3-гибридизацией (алмаз). Возможность управления отношением долей атомов углерода, находящихся в состоянии spn-гибридизации, способствует получению материалов с контролируемыми свойствами. Хотя существующие методы плазменного осаждения (PECVD) позволяют контролировать рост пленочных структур, все еще остается актуальным вопрос разработки быстрой, дешевой и экологически безопасной техники для синтеза. В работе были исследованы углеродные пленки, сформированные на кремниевых подложках методом двухэтапного последовательного процесса. На первом этапе были получены аморфныеуглеродные пленки методом осаждения атомов углерода в плазме метана. На втором этапе часть образцов была подвергнута термообработке при температуре 700 оС в течение 30 мин. Другая часть была облучена СВЧ-волнами частотой 2,45 ГГц в течение 5 мин. Для сравнительногоанализа синтезированных пленок были проведены измерения спектров комбинационногорассеяния света, рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии и вольтамперныххарактеристик. Из результатов измерений спектров КРС следует, что сформированные пленки представляют собой нанокристаллическую углеродную структуру с латеральными размерами от 5 до 10 нм. Причем в углеродных пленках, подвергнутых воздействию микроволн, отмечается высокое содержание остаточного гидрогенизированного аморфного углерода (a-C:H) и более высокое отношение С/О. Исследования влияния освещения галогеновой лампой на вольтамперные характеристики показали, что слоевое сопротивление пленок, облученных СВЧ-волнамиуменьшается в 3–4 раза, в то время как в термообработанных образцах сопротивлениеизменяется только до 10%. В то же время, по абсолютному значению, фототоки для обоих видов образцов имеют одинаковый порядок.