Аморфты алмазтектес көміртекті қабықшаның электронды қасиетінің модификациясы
КІРІСПЕ
1.1 Аморфты алмазтектес көміртекті қабықшаның электронды қасиетінің модификациясы
1.2 Көміртектің құрылымды модификациясы.
1.3 Аморфты көміртегі.
1.4 Гидрогенизирленген аморфты көміртегі.
1.5 Алмазтектес көміртегі.
II ТӘЖІРБИЕЛІК БӨЛІМ
2.1 Әртүрлі әдіспен алынған гидрогенизирленген алмазтектес көміртегінің қабықшасының қасиеті және құрылымы
2.2 a.C:H қабықшасының микроқаттылығы және құрылымы, байланыс сипаттамасы
2.3 a.C:H қабықшасына қоспа енгізу үшін қолданылатын әдістер
2.4 Алмазтектес көміртегінің электрондық қасиетінің қазіргі заманғы мәселелер модификациясы
2.5 a.C:H қабықшасын жасау технологиясы және зерттеу әдісі
2.5. Жартылай өткізгіштердің оптикалық мөлдірлігінің спектрін зерттеу жолымен олардың рұқсат етілмеген өңірінің енін анықтау
III ТӘЖІРИБЕ НӘТИЖЕСІН ТАЛҚЫЛАУ
3.1 a.C:H электрлік және оптикалық қасиеті.
3.2 a.C:H қабықша құрылымының зерттелуі.
3.3 a.C:H құрылымдық модификациясы.
ҚОРЫТЫНДЫ
Қолданылған әдебиеттер тізімі
1.1 Аморфты алмазтектес көміртекті қабықшаның электронды қасиетінің модификациясы
1.2 Көміртектің құрылымды модификациясы.
1.3 Аморфты көміртегі.
1.4 Гидрогенизирленген аморфты көміртегі.
1.5 Алмазтектес көміртегі.
II ТӘЖІРБИЕЛІК БӨЛІМ
2.1 Әртүрлі әдіспен алынған гидрогенизирленген алмазтектес көміртегінің қабықшасының қасиеті және құрылымы
2.2 a.C:H қабықшасының микроқаттылығы және құрылымы, байланыс сипаттамасы
2.3 a.C:H қабықшасына қоспа енгізу үшін қолданылатын әдістер
2.4 Алмазтектес көміртегінің электрондық қасиетінің қазіргі заманғы мәселелер модификациясы
2.5 a.C:H қабықшасын жасау технологиясы және зерттеу әдісі
2.5. Жартылай өткізгіштердің оптикалық мөлдірлігінің спектрін зерттеу жолымен олардың рұқсат етілмеген өңірінің енін анықтау
III ТӘЖІРИБЕ НӘТИЖЕСІН ТАЛҚЫЛАУ
3.1 a.C:H электрлік және оптикалық қасиеті.
3.2 a.C:H қабықша құрылымының зерттелуі.
3.3 a.C:H құрылымдық модификациясы.
ҚОРЫТЫНДЫ
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Ең алдымен, құрылымды ретсіз көміртегідегі, электрондық процесс табиғатын түсіну қажет, бұзылған трансляциялық симметрияның ортаға өтуі және осы материалдың жаңа облысының табылуы техниканың әр түрлі саласында қолданылады.
Қазіргі уақытта ретсіз құрылымды көміртектің көп түрлері бар. Оларға шынытәрізді көміртек, аморфты фторлы көміртек a-C:F, нитрогенизирленген көміртек a-C:H, графиттектес және полимертектес көміртек, гидрогенизирленген алмазтектес көміртек және тағы басқалары жатады. Зерттеушілер гидрогенизерленген аморфты алмазтектес көміртекке ерекше көңіл бөліп отыр. Бұл материалдың керемет механикалық және электронды қасиетпен байланысы маңызды. a-C:H қаттылығы табиғи алмаздың қаттылығына жақынырақ болып отыр. Сондықтан, ол алмазтектес көміртек деп аталады. Мұндай қасиет координерлі байланыстағы аморфты матрицада a-C:H игерілуімен түсіндіріледі. Қазіргі уақытты ретсіз құрылымды алмазтектес көміртекті тәжірибеде қабықты нығайту, антифрикционды қорғау, жарықтандыру изомерлер және поссиверлеу есебінде кеңінен қолданысқа ие болады. a-C:H Қабықша негізінен жасалынған, жоғары механикалық берікті және сенімді. Электрондар құрылғылар жоғары температурада жұмыс істей алады. Болашақта алмазтектес көміртек күн энергиясында және медицинада биоматриал есебінде қолданылуы мүмкін.
Бірақ алмазтектес көміртегінің қолдану спектрінің кеңдігіне қарамастан, қазіргі уақытта электрон қасиетінің актуалды және негізгі мәселесі туындауда. Ол осы материалдың электронды қасиетінің өзгеруімен практикада қолдану аумағының кеңдігімен байланысты. Алмазтектес көміртегі электрон қасиетін модификациясымен әртүрлі әдісте қолданады. Оның біреуі әртүрлі металлды қоспаларын енгізу, мысалы: алтын, күміс, мыс, алюминий. Бұл металлдардың негізгі артықшылығы көміртегімен химиялық байланысқа түспейді. Металлдың легирленуі a-C:H аморфты матрицаның металлдық нанокластер түзуімен анықталады. Қазіргі кезде a-C:H мыспен легирленген (C:H
Қазіргі уақытта ретсіз құрылымды көміртектің көп түрлері бар. Оларға шынытәрізді көміртек, аморфты фторлы көміртек a-C:F, нитрогенизирленген көміртек a-C:H, графиттектес және полимертектес көміртек, гидрогенизирленген алмазтектес көміртек және тағы басқалары жатады. Зерттеушілер гидрогенизерленген аморфты алмазтектес көміртекке ерекше көңіл бөліп отыр. Бұл материалдың керемет механикалық және электронды қасиетпен байланысы маңызды. a-C:H қаттылығы табиғи алмаздың қаттылығына жақынырақ болып отыр. Сондықтан, ол алмазтектес көміртек деп аталады. Мұндай қасиет координерлі байланыстағы аморфты матрицада a-C:H игерілуімен түсіндіріледі. Қазіргі уақытты ретсіз құрылымды алмазтектес көміртекті тәжірибеде қабықты нығайту, антифрикционды қорғау, жарықтандыру изомерлер және поссиверлеу есебінде кеңінен қолданысқа ие болады. a-C:H Қабықша негізінен жасалынған, жоғары механикалық берікті және сенімді. Электрондар құрылғылар жоғары температурада жұмыс істей алады. Болашақта алмазтектес көміртек күн энергиясында және медицинада биоматриал есебінде қолданылуы мүмкін.
Бірақ алмазтектес көміртегінің қолдану спектрінің кеңдігіне қарамастан, қазіргі уақытта электрон қасиетінің актуалды және негізгі мәселесі туындауда. Ол осы материалдың электронды қасиетінің өзгеруімен практикада қолдану аумағының кеңдігімен байланысты. Алмазтектес көміртегі электрон қасиетін модификациясымен әртүрлі әдісте қолданады. Оның біреуі әртүрлі металлды қоспаларын енгізу, мысалы: алтын, күміс, мыс, алюминий. Бұл металлдардың негізгі артықшылығы көміртегімен химиялық байланысқа түспейді. Металлдың легирленуі a-C:H аморфты матрицаның металлдық нанокластер түзуімен анықталады. Қазіргі кезде a-C:H мыспен легирленген (C:H
1. Tochitsky E.I., Sviridovitch O.G., Beliavsky N.M., Dudartchik I.V. Deposition of diamond like carbon biocompatible coatings artifitical heart valves// Procceding of the international symposium of diamond films and related materials (ISDF4). –1999. –P.150-153.
2. Yang P., Kwok S.C.H., Fu R.K.Y., Leng Y.X., Wang J., Wan G.J., Huang N., Leng Y., Chu P.K. Structural and properties of annealed amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) films for biomedical applications // Surface and coatings technology. – 2004. –V.177-178. –P. 747-751.
3. Hauert R. A review of modified DLC coatings for biological applications// Diamond and related materials. –2003. –V.12. –P.583-589.
4. Green D.C., Mckenzie D.R., Lukins P.B. The microstructure of carbon thin films// Material science forum. –1989. –V.52-53. –P.103-124.
5. Robertson J. Electronic structure and bonding of a-C:H// Material science forum. –1989. –V.52-53. –P.125-150.
6. Pesin L.A., Baitinger E.M. A new structural model of glass-like carbon// Carbon. –2002. –V.40. –P.295-306.
7. Mominzzaman Sh.M. Krishna K.M., Soga T., Jimbo T., Umeno M., Raman spectra of ion beam sputtered amorphous carbon// Carbon. –2000. –V.38. –P.127-131.
8. Yoshikao M. Raman spectra of diamond like amorphous carbon films // Material Science forum. –1989. –V.52-53. –P.365-386.
9. Dihu Chen., Aixiang Wei., Wong S.P., Shaoqi Peng., Xu J.B., Wilson I.H. Synthesis and microstructural properties of tetrahedral amorphous carbon films // J. Non-Cryst. Solids. –1999. –V.254. –P.161-166.
10. Gilkes K.W.R., Sands H.S., Batchelder D.N., Milne W.I., Roberson J. Direct observation of sp3 bonding in tetrahedral amorphous carbon UV Raman spectroscopy // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.230. –P.612-616.
11. Juh-Tzeng lue., Sheng-Yuan Chen., Chi-ling Chen., Mei-Chung Lin. Field emission studies of diamond like carbon films grown by RFCVD // J. Non-Cryst. Solids. –2000. –V.265. –P.230-237.
12. Hakovitra M., Verda R., He X.M., Nastasi M. Heat resistance of fluorinated diamond like carbon films // Diamond and related materials. –2001. –V.10. –P.1486-1490.
13. Soonil Lee., Sung Jin Park., Soo-ghee Oh., Won Mok Kim. Jang HwanBae., Byung-Ki Cheong., Soon Gwang kim., Optical and mechanical properties of amorphous CN films //Thin solid films. – 1997. –V.308-309. –P. 135-140.
14. Zheng W.T., Broitman E., Hellgren N., Xing K.Z., Ivanov I., Sjostom H.,Hultman L., Sundgren. Reactive magnetron sputtering of CNx thin films at different substrate bias // Thin solid films. – 1997. –V.308-309. –P. 223-227.
15. Bouree J.E., Heitz T., Godet C., Drevillon B., Conde J.P., Chu V., Berberan M.N., Federov A. Photoluminescence of polymer-like amorphous carbon films grown in different plasma reactors // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.227-230. –P.574-578.
16. Saito K., Itoh T., Katoh Y., Okada N., Hatta A., Inomotto H., Nitta S., Nonmura S., Hiraki A. Properties and electron field emission of highly resistive and transparent polymer like a-C:H // J. Non-Cryst. Solids. –2000. –V.266-269. –P.788-792.
17. Chen C.W., Robertson J. Nature of disorder and localization in amorphous carbon // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.227-230. –P.602-606.
18. Robertson J., Defects in diamond like carbon // Phys. Stat. Sol. (a). –2001. –V.186. –P.177-185.
19. Romanko L.A., Gonter A.G., Khandozhko S.I., Kutsay A.M., Gorokhov. Electrophysical properties of a-C:H films // Procceding of the international symposium of diamond films and related materials (ISDF4). –1999. –P.233-236.
20. Alfred Grill. Diamond like carbon: State of art. // Diamond and related materials. –1999. –V.8. –P.428-434.
21. Sarsembinov Sh.Sh, Mahmoud F.A., Prikhodko O.Yu., Ryaguzov A.P., Maksimova S.Ya. Modification of the electronic properties of diamond like carbon films using the substrate temperature effect // Вестник КазНУ, cерия физическая. –2004. –№1(16). – С.60-64.
22. Enke K. Amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) for optical , electrical and mechanical application // Material science forum. –1989. –V.52-53. –P.559-567.
23. Meunier C., Tomasella E., Vives S., Mikhailov S. X-Ray reflectometry study of diamond like carbon films obtained by plasma-enhanced chemical vapor deposition // Diamond and related materials. –2001. –V.10. –P.1491-1496.
24. Lung B.L., Chiang M.L., Honn M.N. Growth characterization and properties of diamond like carbon films by electron cyclotron resonance chemical vapor deposition // Thin solid films. –2001. –V.392. –P.16-21.
25. Girogis F., Giuliani F., Pirri C.F. Tagliaferro A., Tresso E., Correlation between gap density of states and recombination processes in high electron quality a-C:H // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.227-230. –P.565-569.
26. Dong Guo., Kai Cai., Long-tu Li., Young Huang., Zhi-Lun Gui., He-sun Zhu. Evaluation of diamond like carbon films electrodeposited on an Al substrate from the liquid phase with pulse-modulated power // Carbon. –2001. –V.39. –P.1395-1398.
27. Mominzzaman Sh.M., Soga T., Jimbo T., Umeno M. Diamond like carbon by pulsed laser deposition from a camphoric carbon target: effect of phosphorus incorporation // Diamond and related materials. –2001. –V.10. –P.1839-1842.
28. Sanchez N.A., Rincon C., Zambrano., Galindo H., Prieto P. Characterization of diamond like carbon DLC thin films prepared by r.f magnetron sputtering // Thin solid film. – 2000. –V.273. –P.247-250.
29. Yastrebov S.G.,Ivanov-Omskii V.E., Silkitsky V.I., Sitnikova A.A. Carbon cluster in amorphous hydrogenated carbon // J. Non-Cryst. Solids. –2001. –V. 227-230. –P. 622-626.
30. Иванов-Омский В.И., Таглиаферро А., Фанчини Г., Ястребов С.Г. Плотность состояний аморфного углерода и ее модификация отжигом // Физика и техника полупроводников. –2002. –T. 36. –С.117-123.
31. Иванов-Омский В.И., Толмачев А.В., Ястребов С.Г. Оптическое свойство пленок аморфного углерода, выращенного при магнетронном распылении графита // Физика и техника полупроводников. –2001. –T.35. –C.227-230.
32. Popescu B., Tagliaferro A., DeZan F., Davis E.A. Hydrogen incorporation and its structural effect on a-C:H films deposited by magnetron sputtering // Journal of non-crystalline solids. –2000. –V.266-269. –P. 803-807.
33. Koidl P., Wild Ch., Dishler B., Wagner J. Plasma deposition, properties and structure of amorphous hydrogenated carbon films // Material science forum. –1989. –V.52-53. –P.41-70.
34. Mousinho A.P., Mansano R.M., Verdonck P. High-density plasma chemical vapor deposition of amorphous carbon films// Diamond and related materials. –2004. –V.13. –P.311-315.
35. Sagnes E., Szurmak J., Manage D., Zukotyunski S. Structure of hydrogenated amorphous carbon deposited using saddle-field glow-discharge in methane // J. Non-Cryst. Solids. –1999. –V. 249. –P. 69-79.
36. Cheng C.L., Chia C.T., Chiu C.C., Wu C.C., Cheng H.F., Lin I.N. In situ observation of atomic hydrogen etching on diamond like carbon films produced by pulsed laser deposition // Applied surface science.– 2001. –V.147. –P. 251-256.
37. Liule Li., Haiquan Zhang., Yanhua Zhang., Paul K. Chu., Xiubo Tian., Lifang Xia., Xinxin Ma. Structural analysis of arc deposited diamond like carbon films by Raman and X-ray photoelectron spectroscopy // Material science and engineering B. –2002. –V. 94. –P.95-101.
38. Reinke P., Oelhafen P. Electronic properties of diamond/ non diamond carbon heterostructures // Phys. Rev. B. –1999. –V. 60. –P.15772- 15781.
39. Moustafa S.H., Koos M., Pocsik I. DC electrical properties of amorphous carbon with different bonding hybridization // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.227-230. –P. 1087-1091.
40. Minglong Zhang., Yiben Xia., Linjun Wang., Weili Zhang. The electrical properties of diamond like carbon film / D263 glass composite for the substrate of micro-strip gas chamber // Diamond and related materials. –2003. –V.12. –P.1544-1547.
41. Grill A. Electrical and optical properties of diamond like carbon // Thin solid films. – 1999. –V.355-356. –P.189- 193.
42. Koos M., Moustafa S.H., Szilagyi E., Pocsik I. Non-Arrhenius temperature dependence of direct-current conductivity in amorphous carbon (a-C:H) above room temperature // Diamond and related materials. –1999. –V.8. –P.1919-1926.
43. Paillard V., Meaudre M., Melinon P., Dupuis V., Perez J.P., Vignoli S., Perez A., Meaudre R. DC conduction in diamond-like carbon films obtained by low-energy cluster beam deposition// J. Non-Cryst. Solids. –1995. –V.191. –P.174-183.
44. Данченков А.А., Лигачев В.А., Попов А.И. Морфология, проводимость и эффект псевдолегирования в аморфных и аморфно-кристаллических пленках C:H // ФТП. –1993. –T.27. –С.1233-1238.
45. Allon- Alaluf M., Klibanov L., Seidman A., Croitoru N. Metal contact and electrical processes in amorphous diamond like carbon films // Diamond and related materials. –1996. –V.5. –P.1275-1281.
46. Klibanov L., Oksman M., Seidman A., croitoru N. The drift mobility and decay of photocurrent in doped amorphous diamond-like carbon films // Diamond and related materials. –1997. –V.6. –P.1152-1156.
47. Wang W.J., Wang T.M., Jing C. Characterization of diamond like carbon films before and after heavy energetic ion implantations // Diamond and related materials. –1996. –V.5. –P.1418-1423.
48. Wang-yu Wu., Jyh-ming Ting. Growth and characterization of carbon films with nano-sized metal particles // Thin solid films. – 2002. –V.420-421. –P.166-171.
49. Meng W.J., Curtis T.J. Plasma- assisted deposition and characterization of Ti-containing diamond like carbon // J. Appl. Phys. –1998. –V.83. –P.6076-6081.
50. Звонарева Т.К., Иванов-Омский В.И., Нащекин А.В., Шаронова Л.В. Особенности роста пленок а-С:Н и а-С:Н(Сu) при магнетронном распылении // ФТП. –2000. – T. 34. –С.96-101.
2. Yang P., Kwok S.C.H., Fu R.K.Y., Leng Y.X., Wang J., Wan G.J., Huang N., Leng Y., Chu P.K. Structural and properties of annealed amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) films for biomedical applications // Surface and coatings technology. – 2004. –V.177-178. –P. 747-751.
3. Hauert R. A review of modified DLC coatings for biological applications// Diamond and related materials. –2003. –V.12. –P.583-589.
4. Green D.C., Mckenzie D.R., Lukins P.B. The microstructure of carbon thin films// Material science forum. –1989. –V.52-53. –P.103-124.
5. Robertson J. Electronic structure and bonding of a-C:H// Material science forum. –1989. –V.52-53. –P.125-150.
6. Pesin L.A., Baitinger E.M. A new structural model of glass-like carbon// Carbon. –2002. –V.40. –P.295-306.
7. Mominzzaman Sh.M. Krishna K.M., Soga T., Jimbo T., Umeno M., Raman spectra of ion beam sputtered amorphous carbon// Carbon. –2000. –V.38. –P.127-131.
8. Yoshikao M. Raman spectra of diamond like amorphous carbon films // Material Science forum. –1989. –V.52-53. –P.365-386.
9. Dihu Chen., Aixiang Wei., Wong S.P., Shaoqi Peng., Xu J.B., Wilson I.H. Synthesis and microstructural properties of tetrahedral amorphous carbon films // J. Non-Cryst. Solids. –1999. –V.254. –P.161-166.
10. Gilkes K.W.R., Sands H.S., Batchelder D.N., Milne W.I., Roberson J. Direct observation of sp3 bonding in tetrahedral amorphous carbon UV Raman spectroscopy // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.230. –P.612-616.
11. Juh-Tzeng lue., Sheng-Yuan Chen., Chi-ling Chen., Mei-Chung Lin. Field emission studies of diamond like carbon films grown by RFCVD // J. Non-Cryst. Solids. –2000. –V.265. –P.230-237.
12. Hakovitra M., Verda R., He X.M., Nastasi M. Heat resistance of fluorinated diamond like carbon films // Diamond and related materials. –2001. –V.10. –P.1486-1490.
13. Soonil Lee., Sung Jin Park., Soo-ghee Oh., Won Mok Kim. Jang HwanBae., Byung-Ki Cheong., Soon Gwang kim., Optical and mechanical properties of amorphous CN films //Thin solid films. – 1997. –V.308-309. –P. 135-140.
14. Zheng W.T., Broitman E., Hellgren N., Xing K.Z., Ivanov I., Sjostom H.,Hultman L., Sundgren. Reactive magnetron sputtering of CNx thin films at different substrate bias // Thin solid films. – 1997. –V.308-309. –P. 223-227.
15. Bouree J.E., Heitz T., Godet C., Drevillon B., Conde J.P., Chu V., Berberan M.N., Federov A. Photoluminescence of polymer-like amorphous carbon films grown in different plasma reactors // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.227-230. –P.574-578.
16. Saito K., Itoh T., Katoh Y., Okada N., Hatta A., Inomotto H., Nitta S., Nonmura S., Hiraki A. Properties and electron field emission of highly resistive and transparent polymer like a-C:H // J. Non-Cryst. Solids. –2000. –V.266-269. –P.788-792.
17. Chen C.W., Robertson J. Nature of disorder and localization in amorphous carbon // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.227-230. –P.602-606.
18. Robertson J., Defects in diamond like carbon // Phys. Stat. Sol. (a). –2001. –V.186. –P.177-185.
19. Romanko L.A., Gonter A.G., Khandozhko S.I., Kutsay A.M., Gorokhov. Electrophysical properties of a-C:H films // Procceding of the international symposium of diamond films and related materials (ISDF4). –1999. –P.233-236.
20. Alfred Grill. Diamond like carbon: State of art. // Diamond and related materials. –1999. –V.8. –P.428-434.
21. Sarsembinov Sh.Sh, Mahmoud F.A., Prikhodko O.Yu., Ryaguzov A.P., Maksimova S.Ya. Modification of the electronic properties of diamond like carbon films using the substrate temperature effect // Вестник КазНУ, cерия физическая. –2004. –№1(16). – С.60-64.
22. Enke K. Amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) for optical , electrical and mechanical application // Material science forum. –1989. –V.52-53. –P.559-567.
23. Meunier C., Tomasella E., Vives S., Mikhailov S. X-Ray reflectometry study of diamond like carbon films obtained by plasma-enhanced chemical vapor deposition // Diamond and related materials. –2001. –V.10. –P.1491-1496.
24. Lung B.L., Chiang M.L., Honn M.N. Growth characterization and properties of diamond like carbon films by electron cyclotron resonance chemical vapor deposition // Thin solid films. –2001. –V.392. –P.16-21.
25. Girogis F., Giuliani F., Pirri C.F. Tagliaferro A., Tresso E., Correlation between gap density of states and recombination processes in high electron quality a-C:H // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.227-230. –P.565-569.
26. Dong Guo., Kai Cai., Long-tu Li., Young Huang., Zhi-Lun Gui., He-sun Zhu. Evaluation of diamond like carbon films electrodeposited on an Al substrate from the liquid phase with pulse-modulated power // Carbon. –2001. –V.39. –P.1395-1398.
27. Mominzzaman Sh.M., Soga T., Jimbo T., Umeno M. Diamond like carbon by pulsed laser deposition from a camphoric carbon target: effect of phosphorus incorporation // Diamond and related materials. –2001. –V.10. –P.1839-1842.
28. Sanchez N.A., Rincon C., Zambrano., Galindo H., Prieto P. Characterization of diamond like carbon DLC thin films prepared by r.f magnetron sputtering // Thin solid film. – 2000. –V.273. –P.247-250.
29. Yastrebov S.G.,Ivanov-Omskii V.E., Silkitsky V.I., Sitnikova A.A. Carbon cluster in amorphous hydrogenated carbon // J. Non-Cryst. Solids. –2001. –V. 227-230. –P. 622-626.
30. Иванов-Омский В.И., Таглиаферро А., Фанчини Г., Ястребов С.Г. Плотность состояний аморфного углерода и ее модификация отжигом // Физика и техника полупроводников. –2002. –T. 36. –С.117-123.
31. Иванов-Омский В.И., Толмачев А.В., Ястребов С.Г. Оптическое свойство пленок аморфного углерода, выращенного при магнетронном распылении графита // Физика и техника полупроводников. –2001. –T.35. –C.227-230.
32. Popescu B., Tagliaferro A., DeZan F., Davis E.A. Hydrogen incorporation and its structural effect on a-C:H films deposited by magnetron sputtering // Journal of non-crystalline solids. –2000. –V.266-269. –P. 803-807.
33. Koidl P., Wild Ch., Dishler B., Wagner J. Plasma deposition, properties and structure of amorphous hydrogenated carbon films // Material science forum. –1989. –V.52-53. –P.41-70.
34. Mousinho A.P., Mansano R.M., Verdonck P. High-density plasma chemical vapor deposition of amorphous carbon films// Diamond and related materials. –2004. –V.13. –P.311-315.
35. Sagnes E., Szurmak J., Manage D., Zukotyunski S. Structure of hydrogenated amorphous carbon deposited using saddle-field glow-discharge in methane // J. Non-Cryst. Solids. –1999. –V. 249. –P. 69-79.
36. Cheng C.L., Chia C.T., Chiu C.C., Wu C.C., Cheng H.F., Lin I.N. In situ observation of atomic hydrogen etching on diamond like carbon films produced by pulsed laser deposition // Applied surface science.– 2001. –V.147. –P. 251-256.
37. Liule Li., Haiquan Zhang., Yanhua Zhang., Paul K. Chu., Xiubo Tian., Lifang Xia., Xinxin Ma. Structural analysis of arc deposited diamond like carbon films by Raman and X-ray photoelectron spectroscopy // Material science and engineering B. –2002. –V. 94. –P.95-101.
38. Reinke P., Oelhafen P. Electronic properties of diamond/ non diamond carbon heterostructures // Phys. Rev. B. –1999. –V. 60. –P.15772- 15781.
39. Moustafa S.H., Koos M., Pocsik I. DC electrical properties of amorphous carbon with different bonding hybridization // J. Non-Cryst. Solids. –1998. –V.227-230. –P. 1087-1091.
40. Minglong Zhang., Yiben Xia., Linjun Wang., Weili Zhang. The electrical properties of diamond like carbon film / D263 glass composite for the substrate of micro-strip gas chamber // Diamond and related materials. –2003. –V.12. –P.1544-1547.
41. Grill A. Electrical and optical properties of diamond like carbon // Thin solid films. – 1999. –V.355-356. –P.189- 193.
42. Koos M., Moustafa S.H., Szilagyi E., Pocsik I. Non-Arrhenius temperature dependence of direct-current conductivity in amorphous carbon (a-C:H) above room temperature // Diamond and related materials. –1999. –V.8. –P.1919-1926.
43. Paillard V., Meaudre M., Melinon P., Dupuis V., Perez J.P., Vignoli S., Perez A., Meaudre R. DC conduction in diamond-like carbon films obtained by low-energy cluster beam deposition// J. Non-Cryst. Solids. –1995. –V.191. –P.174-183.
44. Данченков А.А., Лигачев В.А., Попов А.И. Морфология, проводимость и эффект псевдолегирования в аморфных и аморфно-кристаллических пленках C:H // ФТП. –1993. –T.27. –С.1233-1238.
45. Allon- Alaluf M., Klibanov L., Seidman A., Croitoru N. Metal contact and electrical processes in amorphous diamond like carbon films // Diamond and related materials. –1996. –V.5. –P.1275-1281.
46. Klibanov L., Oksman M., Seidman A., croitoru N. The drift mobility and decay of photocurrent in doped amorphous diamond-like carbon films // Diamond and related materials. –1997. –V.6. –P.1152-1156.
47. Wang W.J., Wang T.M., Jing C. Characterization of diamond like carbon films before and after heavy energetic ion implantations // Diamond and related materials. –1996. –V.5. –P.1418-1423.
48. Wang-yu Wu., Jyh-ming Ting. Growth and characterization of carbon films with nano-sized metal particles // Thin solid films. – 2002. –V.420-421. –P.166-171.
49. Meng W.J., Curtis T.J. Plasma- assisted deposition and characterization of Ti-containing diamond like carbon // J. Appl. Phys. –1998. –V.83. –P.6076-6081.
50. Звонарева Т.К., Иванов-Омский В.И., Нащекин А.В., Шаронова Л.В. Особенности роста пленок а-С:Н и а-С:Н(Сu) при магнетронном распылении // ФТП. –2000. – T. 34. –С.96-101.
8
КІРІСПЕ
9
I ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 Аморфты алмазтектес көміртекті қабықшаның электронды қасиетінің
модификациясы
Ең алдымен, құрылымды ретсіз көміртегідегі, электрондық процесс
табиғатын түсіну қажет, бұзылған трансляциялық симметрияның ортаға өтуі
және осы материалдың жаңа облысының табылуы техниканың әр түрлі
саласында қолданылады.
Қазіргі уақытта ретсіз құрылымды көміртектің көп түрлері бар. Оларға
шынытәрізді көміртек, аморфты фторлы көміртек a-C:F, нитрогенизирленген
көміртек
a-C:H,
графиттектес
және
полимертектес
көміртек,
гидрогенизирленген алмазтектес көміртек және тағы басқалары жатады.
Зерттеушілер гидрогенизерленген аморфты алмазтектес көміртекке ерекше
көңіл бөліп отыр. Бұл материалдың керемет механикалық және электронды
қасиетпен байланысы маңызды. a-C:H қаттылығы табиғи алмаздың
қаттылығына жақынырақ болып отыр. Сондықтан, ол алмазтектес көміртек деп
аталады. Мұндай қасиет координерлі байланыстағы аморфты матрицада a-C:H
игерілуімен түсіндіріледі. Қазіргі уақытты ретсіз құрылымды алмазтектес
көміртекті тәжірибеде қабықты нығайту, антифрикционды
қорғау,
жарықтандыру изомерлер және поссиверлеу есебінде кеңінен қолданыс қа ие
болады. a-C:H Қабықша негізінен жасалынған, жоғары механикалық берікті
және сенімді. Электрондар құрылғылар жоғары температурада жұмыс істей
алады. Болашақта алмазтектес көміртек күн энергиясында және медицинада
биоматриал есебінде қолданылуы мүмкін.
Бірақ алмазтектес көміртегінің қолдану спектрінің кеңдігіне қарамастан,
қазіргі уақытта электрон қасиетінің актуалды және негізгі мәселесі туындауда.
Ол осы материалдың электронды қасиетінің өзгеруімен практикада қолдану
аумағының кеңдігімен байланысты. Алмазтектес көміртегі электрон қасиетін
модификациясымен әртүрлі әдісте қолданады. Оның біреуі әртүрлі металлды
қоспаларын енгізу, мысалы: алтын, күміс, мыс, алюминий. Б ұл металлдарды ң
негізгі артықшылығы көміртегімен химиялық байланысқа түспейді. Металлдың
легирленуі a-C:H аморфты матрицаның металлдық нанокластер түзуімен
анықталады. Қазіргі кезде a-C:H мыспен легирленген (C:HC 4) жүйе қасиеті
электронды қасиеті аз зерттелді. Соңғы кезде күмісті антифрикционды
жақсарту ретінде a-C:H қолданылады. Қоспалары карбид түзілмейтін металл
болып табылғандықтан a-C:H гетерогенді жүйесі түзіледі. Мұндай біртекті емес
жүйе сызықты емес оптикалық және электрлік қасиетін иеленеді. Бұл металл
қоспаларын енгізгеннен кейін күміс атомдары оптикалық және электрлік
қасиеттерін алмазтектес көміртегімен модифицирлейді. Алмазтектес көміртегі
электрондық қасиеттерінің аморты көміртегі матрицасында өтіп құрылымдыққа
ауысады. Бұндай құрылымдық ауысулар қабыршақты тұндырумен a-C:H
алмазтектес матрицаның графиттектес номенклатура валенттік байланысы Sp 2
түзілуімен байланысты. Sp2 және Sp3 құрылымдық бірлікте a-C:H қабықшасын
жаңа электрондық қасиетпен алуға болады. Алмазтектес көміртегінің жаңа
10
электрон қасиетімен актуалды алу мәселесін a-C:H аморфты матрица
қоспасымен құрылым модификациясымен жүзеге асыруға болады.
1.2 Көміртектің құрылымды модификациясы.
Көміртегі қасиетіне байланысты әртүрлі электрон конфигурация
байланысымен керемет зат болып табылады. Қарапайым модельде осы
конфигурацияның гибридизациясы sp,sp2 және sp3 түсіндіріледі және олар 1
суретте көрсетілген. Көміртегінің кеңінен таралған құрылымды модификациясы
гибридтелген құрылымды байланыспен sp3 құрылымы анықталған, алмаз және
sp2 ибридтелген байланысты графит (сурет 2). Графит Ван-дер-вальс типті
қабатпен, қабатты құрылым арасында байланысы болады (сурет2) Мұнда
Көміртегі, атомы үштік байланыспен байланысқан, С 2H2 ацетилен және карбин
(C C)n секілді. Мұнда көміртегі атомы sp-гибридтелген. Көміртегі әртүрлі
қасиеті бар қатты денедегі кристаллдық және кристаллдық емес қатарын түзе
алады.
Сурет 1 – Көміртегінің s және p атомдық орбиталдың гибридизацияның
диаграммалық схемасы
а
б
Сурет 2 – Көміртегінің құрылымдық модификациясы
Бұл қасиеттер жартылай металлдың графитпен тиым салынған аумақта Eg
0эВ ретімен ( Eg4эВ ) изолирленген алмазға дейінгі интервалында ке ңінен
реттеледі [4.5]. Сондықтан, жартылай өткізгіштік электроникада көміртегіні
қолдануға себеп болады. Кристалдық емес көміртегінің әртүрлі формасы 1
кестеде көрсетілген.
11
Кесте 1 – әртүрлі формадағы көміртегінің кейбір механикалық және
электрондық параметрлері.
Көміртегінің
түрлері
Тығыздығы
гcм3
Қаттылық
кгмм2
Алмаз
3,515
10000
Графит
2,267
Төмен
Шынытәріздес 1,3-1,55
800-1200
a-C,
~2
20-50
1,6-2,0
5000
1,2-1,6
1,0
a-C:H, сутек
ендірілген
алмазтектес
көміртегі
a-C:H,
полимер
Полиэтилен
P
%
т.% H
0
Аумақ
ені, эВ
5.5
00
0
-0,04
0,01
0
0,4-0,7
0
10-40
0,8-2,7
Төмен
5-60
1,7- 4
Төмен
-70
1.3 Аморфты көміртегі.
Аморфты көміртегі графиттің ұнтағымен немесе оның электорнды сәуле
булануымен жасалуы мүмкін. Бұл модель a-C де sp3 байланыстың максималды
концентрациясы 5% құрайды. a-C жарықтың комбинационды шашырауының екі
ерекшілігі бар: 1550см-1 қысқа негізгі шыңы және 1350см-1 қосымша шыңы.
Сондай ақ бұл ерекшеліктерін олардың үш координирленген торда және жеке
изолирленген графиттің пайда болуын түсіндіретін КРС микрокристаллдық
графитті спектрінде бақылаймыз. а-С графиттің қабатты кластерінен
құралатыны ұйғарылды.
Аморфты көміртегі бөлме температурасында кварцтан және
монокристаллды кремниден төсенішке шынайы көміртегіден қарапайым ионды
сәулелі тозаңдатумен нысана алынуы мүмкін. Егер жылу өңдеуінен кейін үлгіде
кристаллиттің баяулауы және құрылымның өзгеру арасында коррелияция
байқалады, оптикалық тиым салынған аумағының ені және көміртегі атомыны ң
күйі sp3 байланысыымен КРС спектрінің зерттелуі қалыптасады.
1.4 Гидрогенизирленген аморфты көміртегі.
a-C:H aлмазтектес көміртегі DLC (diamond like carbon), графиттектес
және полимертектес (PlC) сияқты әртүрлі модификацияға ие. a-C:H құрылымы
мен қасиеті үштік фазалы диаграммада көрсетілгендей жасалу шартына тәуелді
(3 сурет, 2 кесте).
Полимертектес көміртегі. Полимертектес көміртегі қабықшасы 35-50 ат%
сутегі құрамымен алынады. Олар төмен тығыздыққа (1,2-1,7 гсм-3), қысқа тиым
12
салынған аумаққа (2.5-4 эВ) және аз сыну коэффициентіне (1,2-1,7) ие. PLC
қабықшасын aлу үшін әдетте сутекті көміртегі газдағы плазмохимиялық
қондыру (Plasnia enhanced chemical vapour deposition-PLECVD) қолданылады.
Сурет 3. a-C:H фазалық күйдің үштік диаграммасы
Кесте 2
параметрлері
–
Алмазтектес
және
Параметр
Оптикалық рұқсат етілмеген
өңірдің ені Eg, эВ
Сыну көрсеткіші
Тығыздығы, гcм3
Сутек концентрациясы H, aт.%
полимертектес
a-C:H
DLC
PLC
1,1
3,0
2,1
1,9
1,65
1,3
физикалық
PLC қабықшасын CH4 метан газ қоспасынан және H2 сутегінен және C2H3
ацетиленнен және әртүрлі компонентті сутегіден (R):R=CH 4(CH4+H2) және
R=C2 H6(C2 H6+H2) PLECVD әдісі арқылы алынды. Мұндағы R 0,25-1,0 дейін
түрленді және газдың толық қысымы 133 Па қабықша бөлме температурасында
1356 МГц жиілікпен және ЖЖ-беріктігінің тығыздығы 2,8 Втсм 2. PLC
қабықшасының қасиеті сутегі концентрациясынан сондай ақ, қабықшадағы топ
CHn концентрациясына тәуелді болды. Бұл концентрациялар PLC
қабықшасынан сутегі шығу эффектінің R қатынасы әсерінен азайды. Бұл
қабықшаның үлес кедергісі 3*1013 Ом*см дейін өсті. Қабықшада сутегі
концентрациясының өсуінен сыну коэффициенті кемиді,сондықтан, CH 4 немесе
C2 H6 пайыздық құрамының көбеюімен оптикалық тиым салынған аумағының
ені өседі. PLC қабықшасының жазықты электрондық эмиссиясының шекті
электрлік жазықтығы 18 Bсм құрайды, сондықтан PLC қабықшасы электронды
эмиттер есебінде қолдануға болатынын қорытындылауға мүмкіндік береді.
PLC жұқа қабықша фотолюминесценция спектрінде, төменгі
температуралы төсенішке өсірілген және аз ион энергиясы жоғары сапалы
плазмохимиялық қондыру әдісі арқылы үш энергиялы шың пайда болады, 2,28,
2,65 және 2,95 эВ, олар қыздырылған жарықтың 3,54 және 4,13 эВ энергия
13
квантына тәуелді емес болады. Түрлендіру технологиялық параметрдің
қабықша алуы эмиссионды спектрдің салыстырмалы интенсивті шыңны ң
өзгеруіне әкеп соғады және олардың энергетикалық жағдайына әсер етпейді.
Алмазтектес көміртегі a-C:H. a-C:H қабықшасы оның болашақта
тәжірибелік қолданыста кеңінен қолданылатынымен назарға ие. a-C:H
қабықшасы тетраэдрлік және көміртегі атомымен байланысты тригональды
фаза қоспасынан тұрады және осы екі фазаның ара қатынасы тұндыру шартына
тәуелді (сурет 4). Қабықшаның электрлік және оптикалық қасиеті өткізгіштік
аумақтың шетін, валентті аумақты қалыптастыратын және Ферми деңгейіне
жақын орналасатын sp2 позициялы П-күйдегі электрондар арқылы анықталады.
Бұл sp2 байланыстары бірнеше атомнан тұратын, sp3 матрицасына
байланысып тұрғызылған кластерлерді құрастырады. Көміртегі атомымен
байланысқан sp2 және sp3 арақатынасы арқылы a-С:H қабықшасының қасиетін
анықтайды.
Сурет 4.Алмазтектес көміртегінің a-C:H құрылымы.
Қабықшаның тұндыру шартын бақылай отырып, қабықшадағы sp 3 және
sp2 байланыс арақатынасын ұсынуы мүмкін.
Алмазтектес қабықшамен a-C:H шынайы монокристаллдық алмаз
арасындағы фундаментальды ерекшелігі ауыспалы тригональ санымен немесе
графитті байланысының қатысуы болып табылады.
Таза алмаз кристалының синтезі жоғары температурамен қысымды талап
еткеніне қарағанда, жасанды алмаздың алу процесі едәуір технологиялық
қиындықта көрсетеді.
1.5\ Алмазтектес көміртегі.
Алмазтектес көміртегі (а-C) sp3 байланысында жоғары қаттылығымен,
химиялық инерттілігімен,оптикалық тұнықтылығымен және жоғары үлесті
кедергісімен сипатталады. CVD әдісімен жасалған а-С типтік қабықша,
импульсті лазермен тозаңдату және булану, сыну коэффициенті 1,8-2,2
оптикалық тиым салынған аумағының ені 1-2 эВ және үлесті кедергісі 10 4-108
14
ом*см. a-C КРС спектрінің негізгі жақын жолы 1530см-1 жоғары
интенсивтілігінен және әлсіз интенсивті қосымша жол 1400см -1. Үлкен
мазмұнды sp3 байланысымен аморфты көміртегінің қабықшасын сипаттау үшін
тетраэдрлік термині қолданылады және ta-c сәйкес мағынасы ендіріледі.
Тетраэдрлік аморфты көміртегін магнитті фильтрмен магнетронды
тозаңдату жүйесімен алуға болады. sp 3 байланысымен үлкен үлесті қабықша
құрау төсеніште 10 нан 50В дейін араластырумен болады. Алынған
қабықшаның оптикалық тиым салынған аумағының ені 3эВ құрайды. Атомдық
күштік микроскоппен алынған беттік рельефтің көрінісі, қабықша біртекті ж әне
тегіс екенін көрсетті.
Толқын ұзындығы нм ультракүлгін лазерді тербелмелі модты қыздыру
үшін қолданылатын тетраэдрлік аморфты көміртегінің КРС спектрінің зерттелуі
ta-c спектрінің sp2 және sp3 күйімен сәйкестендірілген екі жақын жолдан 1100см 1
және 1600см-1 тұратынын көрсетті. ta-c қабықшаның басты кемшілігі
құрылымының тұрақсыздығы және сол үшін өзінің керемет қасиетіне
қарамастан, бұл материал болашақта тәжрибеде кеңінен қолданысқа ие
болмайды. Құрамында фторы бар, аморфты көміртегі (а-С:F). a-C:F локализді
күйге ие аморфты материал сияқты тиым салынған аумағының ені 0,5 тен 2,0эВ
дейін классифирленеді. Материал матрицасы sp3 байланысымен және аз
концентрациясы sp2 және sp байланысымен қалыптасады. a-C:F қаттылығы
және химиялық тұрақтылығы sp3 байланысының үлкеюімен өседі. a-C:F
Жылуөткізгіштігі 4-10 мВтсм*Н құралады, бұл кремнидің жылуөткізгіштігін
1,5 мвсм*Н көтереді. Сол себепті ол кремнидің жабындысы есебінде сәйкес
келмейді. Бірақ, беткі қабатын қорғау үшін қолдануға болады.
Әдетте a-C:F қабықшасын меншікті кедергімен 1-10 Ом*см және 100
ориентациялы монокристалды кремни қабықшасына жоғары сапалы CVD
әдісімен алады. Қабықша қасиеті 3000С дейін 30 минут көлемінде
қыздырылғанда тұрақталынатыны бекітіледі. Мұндай әрекет термиялық
жағдайда қабықшаның эффузиялық фторы қатыспайтынын, контактты
бұрыштың өлшемі жібітілген бұрыш және Резерфорд шашырауының
қайтарылған спектрометриясы көрсетті.
II ТӘЖІРБИЕЛІК БӨЛІМ
15
2.1 Әртүрлі әдіспен алынған гидрогенизирленген алмазтектес
көміртегінің қабықшасының қасиеті және құрылымы
Алмазтектес көміртегі қабықшасын алу үшін әртүрлі әдістер
қолданылады. DLC қабықшасы тұрақты қысыммен 10-2 13,56 МГц жиілікте
Alcatel RIE600 қондырғысында асимметрлік электродпен қарапайым ионды
желіндеу реакторында плазмохимиялық бөлінуімен жасалынды. Плазма құрамы
ағын арақатынасымен CH4(CH4+газ-тасымалдаушы) анықталды. Газтасымалдаушы есебінде аргон мен гелий қолданылды. Қабықша тығыздығы
сутегі құрамына қатысы тәуелді екені анықталды. Бұдан басқа, аргон метан
плазмасында гамогенді DLC қабықшасы қалыптасып, бірақ оның тығыздығы
таза аргонда немесе аргон сутегі қоспасында жасалынған қабықша
тығыздығына қарағанда аз болды.
DLC қабықшасын, төменгі температурадағы ЖЖ-ығысу төсеніште
CH4+Ar қоспасын жұмыс газ есебінде қолданып, қысқа толқынды
плазмохимиялық тозаңдатуда электронды циклотронды резонанс әдісі арқылы
алынды. 150Вт қуаттылығында қабықшаның максималды өсу жылдамдығының
1,6 мкмсағат құрды. Бұдан басқа әр түрлі мағыналы қысқа толқынды қуатта
және ЖЖ-ығысуда жасалынған қабықшаның шың спектрі КРС 1540_20см -1
арасында табылды, DLC қабықшасы үшін тән.
Аморфты гидрогенизирленген көміртегінің қабықшасы төсеніш
температурасы 70-3600C және қысымы 26-133Па, ЖЖ-ығысуы 1,5-8Вт
аралығында С2 H6 плазмохимиялық тозаңдату электрод жерге бекітілген
орналастыру арқылы алынды. Бұл шарттар электрондық қасиетінің жоғары
сапалы қабықшаның өсуіне және 1018см-3 төмен спин тығыздығына тура
келетіні қалыптасты.
Қуаттылықтың импульсті модуляциясын қолдана отырып, ацетононитрид
және N-диметилформалит электро тозаңдатуында алюминді төсеніште электро
орналастыру арқылы 107Ом*см кедергісімен және қалыңдығы 1мкм
алмазтектес көміртегінің қабықшасын алуға болады. Фотоэлетронды рентгенді
(XPS) және КРС спектроскопия әдістері арқылы берілген әдіс DlC қабы қшасын
көміртегімен байланысты sp3 құралған жоғарғы ықтималдылықпен алуға
болады және еріткіштің метилды тобы қабықша жасалуына әсер етеді. Сол
еріткішті қолдануында қабықша сипаттамасы, мөлдірлік кедергі қалыңдық
және қалыптасу процессі секілді басты түрі табиғи төсенішпен анықталады.
DLC қабықшасы 450 бұрышпен нысанның бетіне фоксирленген эксимерлі
лазерді (=308нм) қолданумен кремнилі және кварцты төсеніште жасалынды.
Көміртегі көзі комфортты көміртегі (СС) деп те аталады. Бұл материалды
(С10Н160) комфордты қысу арқылы алды, оны графитпен салыстырғанда
құрамында сутегі болса да a-C:H қабықшасын алу үшін ең күшті шы ғынды
материал болып табылады. Төсеніш нысанаға арақашықтығы мм орналасты
және қабықша 1,33*10-4 Па қысымда, бөлме температурасында тұндырылды.
Лазердің энергия импульсі 150 мДж құрайды.
16
a-C:H алмазтектес қабықша құрамында 10% сутегі бар, аргонды плазманы
қолдана отырып, графитті нысанмен жоғары сапалы тозаңдату арқылы алынды.
Қабықшаны орналастыру ЖЖ ығысуды 50-250 Вт аралығында жүргізілді.
a-C:H қабықшасын алу үшін Ar+CH4 газ қоспасындағы кремний және
тотықпайтын болаттан төсенішке графитті нысанның жоғары сапалы
магнетронды тозаңдату қолданылды. Қабықша адгезиясын жақсарту үшін
болатты немесе кремнилі төсеніштен, төсеніш атмосферасындағы таза аргон
көміртегі қабатының аралығы орналастырылды. ЖЖ ығысуының тығыздығы
аралығы 2-14Втсм2, газ қоспасындағы (Ar+CH4) CH4 құрамы-1,5;2;3;5;9;24
және 40%. Камерадағы газдың толық қысымы 4-14Па, төсеніш температурасы
100-3000С аралығында. ИҚ спектроскопия және КРС әдістерімен плазма
құрамы және қабықшадағы алмазтектес фаза құрамы арасында корреляция
қалыптасты.
a-C:H қабықшасы жоғары жиілікті графитті нысанды қолданумен
тұрақты тоқтағы магнетронды тозаңдату әдісімен кварцты төсеніште алынды.
Жұмыс газы Ar+H2 4:1қатынасындағы қоспа болып табылады. Төсеніш
температурасы 2000 C, газ қысымы 1,1-1,2 Па, орналастыру уақыты 10 және 30
минут болып табылады, 740 және 770А 0 қалыңдықты қабықшаны алу үшін,
магнетронды ығысуының тығыздығы 0,36 кВтсм2 құрады.
2.2 a-C:H қабықшасының микроқаттылығы және құрылымы, байланыс
сипаттамасы
Молекулада атомдар қатты фиксирленген болмайды. Серіппеге бекітілген
сияқты, олар бірнеше тегіс жағдайдан кейін тербеліс жасай алады,
қорытындысында мұндай тербелістер сол немесе басқа байланыс деформация
түрінде болуы мүмкін, мысалы майысу және созылу (5 сурет). Егер молекула
анық бір жиілікпен (300-4000см-1) ИҚ-сәулесімен жылжыса, онда резонанста
молекула атомының тербеліс жиілігі және сәуле жиілігі өте жоғары энергиямен
келесі күйге тербеліс күйден энергиямен энергетикалық ауысуы және энергия
жұтылуы болуы мүмкін. Сондықтан, ИҚ спектрде оның құрылымды элементі
үшін сипаттамалы зат сызықпен немесе жұтылу сызығымен бақыланады.
Белгісіз материалмен белгілі этолонның спектрмен ИҚ спектріндегі салыстыру
мықты зерттеу инструменті болып табылады. Идентификация материалы ушін
эталон спектірінің қатыспауын, көптеген құрылымды элементтері сипаттамалы
жұтылу сызығы ие болғаны үшін қолдануға болады. Бұл ИҚ спектроскопия
заттағы атом байланысының инфрмациясын беретінін және біз дайын аморфты
гидрогенизирленген көміртекті қабықшаның құрылымды элементтері жайлы
білуіміз мүмкіндігін білдіреді.
17
Сурет 5. Молекуланың тербеліс схемасы (тербеліс процесіндегі атомдардың
ауысуы нұсқағышпен көрсетілген).
Егер атом тербелісі иілуде немесе созылуда болатындай, молекуланың
дипольды моменті өзгеріспен алып жүрілсе, онда молекула сәулені ж ұтады.
Энергия жұтылған квант жиілігін есептеу үшін әдетте Хук заңын пайдаланады.
ν osc
m m2
k 1
2π
m1m2
(1)
мұнда, К-байланыс энергиясын сипаттайтын,константа, m1 және m2
молекуладағы атом массалары.
Бұл теңдеуден, К үлкен байланыс күшті кезде, жарық кванты өте үлкен
жиілікпен жұтылатынын білеміз. Сол себепті, екілік байланыс жағдайында,
мысалы, С=С қарапайым байланысына қарағанда, С-C жарық кванты өте
жоғары энергиямен жұтылады. Тұндыру процессіндегі a-C:H қабықшасында
ендірілген сутегі, көміртегі атом күйіндегі sp2 және sp3 байланысын
қадағалайды және талапқа сай CH және C-C, a-C:H қабықшасындағы
байланысын қадағалайды.
Көптеген зерттеулерде аморфты көміртегінің қабықшасы сутегі мөлшерін
ұстай алады (HC1, 50% жоғары). Сутегі концентрациясы әдетте
детектирленген және ИҚ спетроскопия әдістері арқылы анықталады.
Қабықшадағы сутегінің құрамын анықтау үшін ИҚ әдісінде С-Н
тербелісті байланыстың жалпы жұтылуын қолданылады. Сондықтан, ИҚ әдісі
қатысты концентрацияны білу инструменті болады, абсолютті түзету өте қиын
болады. Егер ИҚ әдісі тек қана сутегінің химиялық байланысын анықтағанда,
басқа әдістердің көбісі сутегінің толық құрамын анықтай алатын еді. Сутегінің
30-50% көміртегімен байланысты емес, сондықтан сутегі химиялық активті
емес. Бұл әлсіз байланысты сутегі ішкі қабатқа хемисорбирленген немесе ішкі
кластерде бар болуы мүмкін.
18
ИҚ спектроскопия әдісімен сутегі байланысының концентрациясын ғана
емес, байланыстың ерекшелігін де анықтауға болады. С-Н байланысындағы
тербеліспен байланысқан ИҚ спетріндегі жұқа құрылымды қабықшасындағы
сутегі, моногидрид сияқты енгізілді. Бұған кері сутегі құрамды жұмсақ
полимертектес қабықшада дигидридке қатысты жоғары концентрациясына
әкеледі.
6 - cуретте ИҚ жұтылу спектірі a-C:H сызығының қабықшасы, 3100 ден
2850см-1 облысындағы С-Н және С-С суперпозиция 1620 және 700см-1
облысындағы майысу тербелісі келтірілді.
a-C:H қабықша жұтылуы және 2800 ден 3100см -1 интервалындағы
табылғандар CH, CH2 және CH3 байланыс тобындағы созылған тербеліске
қатысты сызығы табылды. Әрбір қабықша үшін толық шың жұтылуы, кестеде
келтірілген, толқын ұзындығында, гауссты функциямен көрсетілгендер
индивидуалды шыңда орналастырылды.
Барлық байланыстар бірдей жұтылу ықтималдылығына ие екендігін
болжайды. a-C:H қабықшадағы сутегінің толық құрамы ИҚ жұтылу
спектіріндегі сызық ықпалдау жолымен анықталды. Elastic recoil detection
analysis (ERDA) әдісімен байланысқан және байланыспаған сутегі сияқты
конценрациясы анықталды, сонымен сутегі конценрациясы үлгіден үлгіге
ерекшеленеді.
Сурет 6. а-С:Н қабыршағының ИҚ жұтылу спектрі
Кесте 3 – ИҚ спектрдегі а-С:Н қабықшаның СН, СН 2 және СН3
байланыстардың созушы тербелістерінің шыңының жағдайы (2800 – 3100 см-1
арлығында).
Толқындық
(см-1)
2850
2870
2915
сан Тербелістер моды
sp3 CH2 -sym.
sp3 CH3 -sym
sp3 -CH
19
Кесте 3 жалғасы
925
2950
2970
3000
3020
3055
sp3 CH2 -asym
sp2 CH2 -sym
sp3 CH3 -asym
sp2 CH -olef
sp2 CH2 -asym
sp3 CH -arom
a-C:H қабықшасында (4 кесте) С-Н байланыс жұтылу шың жағдайы
көрсетілді [32]. Тербеліс модтары Н парциалды қысымның және толық жұмыс
газ қысымының (R = РнРполн.) тәуелділігімен көрсетіледі. Ең төменгі мағынада
әр түрлі мод тербелісінің салыстырмалы үлесі R-ге тәуелді емес. Біра қ үлкен Rде жасалған қабықша sp3 байланысты көміртегі сутегінің бірнеше атомына
бірігіп, позицияның аз үлесін ұстап және көбірек қысылған болады.
Алмазтектес көміртегінің тәжірибелік қолдану көзімен қарағанда оның екі
ерекшелігі бар: 1700кгмм2 құрайтын микроқаттылығы, сапфирдің
микроқаттылығынан қаттырақ және үйкеліс коэфициенті төмен [24]. a-C:H
микроқаттылығы зерттелінген СH4+Ar атмосферасында плазмохимиялық
орналастыру
арқылы
жасалынды.
Қабықшаның
микроқаттылығы
микротолқынды қуат және ЖЖ-ығысу бойымен өсетіні анықталды.
Қабықшаның микроқаттылығы a-C:H қабықшасында құрылымды өзгеріске
бола, газ арақатынасының өзгерісінде 720-дан 1830 кгмм2 дейін өсуі мүмкін
екендігі белгіленді.
Кесте 4 2800-ден 3100 см-1-ге дейінгі интервалда ИҚ спектріндегі а-С:H
қабықша С-H байланысының созылмалы тербеліс шыңының жағдайы
Толқындық
(см-1)
2830
2850
2870
2900
2930
2955
2970
3000
3020
3050
сан
Тербелістер моды
sp3 CH -aldeyd
sp3 CH2 -sym.
sp3 CH3 -sym
sp3 CH
sp3 CH2 CH -asym
sp3 CH2 -olef
sp3 CH3 -asym
sp3 CH -olef
sp2 CH2 -olef
sp3 CH -arom
Жарық шашырауының камбинационды спектрі және a-C:H аморфты
қабықшасының фотоэлектронды және электронды спетроскопиясы. КРС
әдісімен (қоздыру көзі есебінде 418 және 514 нм толқын ұзындығымен аргонды
20
лазер қолданылды) a-C:H лазерлі бу импульсті әдісімен дайындалған
қабықшасы зерттелінді. a-C:H қабықша КРС спетрмен Лоренцтің екі
функциясымен реттеледі. Оларға поликристаллдық графиттің бірінші ретті
сызығы болатын типті D-(1355 см-1) және G-(1580-1590 см-1) сызықтар пайда
болады. a-C:H қабықшасындағы КРС спектіріндегі өзгерісін, сутегі ендіретін
және температура бойымен болатын, құрылымды модификациясының
бақылануы үшін пайдаланды. КРС спектіріндегі жаңа дайындалған қабықша,
sp3 және sp2 байланысты көміртегіден тұратын, a-C:H қабықшасы үшін типті
максималды жақын 1500 см-1 кең жолаққа ие екендігі белгіленді. Бұл шың
кластер арасындағы ендірілген ақауымен немесе қабатпен немесе аморфты
графитпен шақырылуы мүмкін екендігі болжамды және бұл жерде a-C:H
алмазтектес қабықшасы үшін сипатты болып табылады. Бұл процесс 500 0С
төмен температурада аморфты сутегінің қатысуымен ұзарады. 500 0С ден
жоғары температурада сутегі эффузиясы болады және графитизация процессі
жаңартылып отырады. Бұдан басқа зерттелінген қабықшада сутегі
эффузиясымен себеп болған орташа өлшемдегі кластерлердің азаюы
қалыптасты.
Вакуумды доғалық разрядты әдісімен дайындалған, алмазтектес көміртегі
қабықшасындағы байланыс құрылымын детальды анықтау үшін XPS
пайданылды. Қозғалғыштық шыңның химиялық шамасын берілген атомның
эффективті өзгеріс жағдайы ретінде XPS анықтайды. С 1 шың жағдайы алмаз
үшін 285,5 эВ да табылады, графит 284,15 эВ үшін шың жағдайына қарағанда
болжаммен 1,35 эВ жоғары.
Графиттің ионды тозаңдатуының гидрогенизирленген аморфты
көміртегінің процесс бойында көміртегінің тездетілген ион термолизациясының
нәтижесінде алмазды кластердің қалыптасуы үздіксіз бақыланды. a-C:H
қабықшасы 100 кэВ электрон энергиясымен жарықтандырылған электронды
микроскопия (transition electron microscopy-TEM) әдісімен зерттелінді.
Микросуреттен рамкалы қабықша флутуация теориясымен алмазды
кристаллының өлшемі анықталды.
2.3 a-C:H қабықшасына қоспа енгізу үшін қолданылатын әдістер
Ионды имплантация әдісі. 1013 нен 5*1016 см-2 дейін дозалы және 110 кэВ
энергиямен Fe+ иондар имплантирленген алмазтектес гидрогенизерленген
көміртегі қабықшасының сипаттамасы зерттелінеді. Жоғарыланған 5*1014
немесе 1015 см-2, мөлшер негізінде имплантациясы орнатылды, қабықша
кедергісі және оның ИҚ-мөлдірлігі төмендейді. Бірақ, аз мөлшер кезінде
легирленген кедергі алғашқыда азаяды, сосын мөлшермен көбейеді және a-C:H
қабықшасының
кедергісі
легирленбеген
қабықшасының
кедергісін
жоғарылатады. Бұдан басқа, аз мөлшер облысында, қабықшаның ИҚ мөлдірлігі
көбейеді. Көп мөлшер кезінде 5*1014 немесе 1*1015 см-2 легирленуі қабықшаның
электрлік және оптикалық қасиетінің өзгерісі байқалынды. Бұл қасиеттерінің
өзгерісі байланыс бұрышының азаюы, sp2 жәнe sp3 байланысының мөлшерінің
азаюы сияқты түсіндіріледі.
21
Лазерлі булану әдісі. a-C:H қабықшасын көміртегіден комбенирленген
нысанмен ортақ легирлеу жолымен және фосфорды эксимерлі импульсті лазер
сәулесімен зерттелінді. Фосфор концентрациясы қабықшада 1 ден 7 ат% дейін
өзгерілді. Нысанадағы фосфор құрамы бойымен 1 ат% дейін қабы қшаны ң
кедергісі өседі. 5% фосфор құрамының кейінгі көбеюі қабықша кедергісінің
монотонды азаюына әкеледі. a-C:H қабықшасының құрылымына 5% дейін
фосфор енгізгенде оларды легирленуіне әкеледі, қабықшаның құрылымы ж әне
олардың электронды қасиеті негізгі зерттеуді қорытындылайды. Фосфордың
концентрациясы кейінгі көбею кезінде a-C:H P тиым салын ған аума қты ң
оптикалық енінің азаюына әкелетін қабықша құрылымының графитазациясы
болады.
Ионды плазмалы тозаңдату әдісі. (80% Ar және 20%H) аргон сутегі қоспа
газымен атмосферада қорғазынды нысана және графитті тозаңдануымен
біріккен магнетронды ионды плазмалы әдістерімен, a-C:H қабықшасы алынды.
a-C:HCu қабықшаның оптикалық және электрлік қасиеті зерттелінген
микроқұрылым. Қабықшадағы қорғасын нанокластерлер біршама концентрация
қатарына дейін әртүрлі формаға ие, бірақ қатарлы концентрациясы
жоғарылағаннан кейін олар сфералық форма қалыптастырады. Берілген
эксперименталды негізінде және перколяция теориясын қолдануында
қалыптасты. Ni,Cu және Pt құралатын, a-C:H қабықшалар әртүрлі тұндыру
шартымен тұрақты тоқта тозаңдану әдісімен алынды. Металлға қоспа
ендірілгенде, a-C:H аморфты матрицада әртүрлі өлшемді нанокластерлер
жасалынады. Магнетронды тозаңдату әдісімен a-C:HAg қабықшалары
алынды. Бұл қабықшалар биологиялық мақсат үшін зерттелінді. Олар
биологиялық обьектімен жақсы қосарланады және қатар қолдану a-C:H
қабықшада күміс мөлшер бойымен өседі.
Ar+CH4 плазмадағы жоғары жиілікті тозаңдату a-C:HPt әдісімен
қабықшалары жасалынды. Құрамы, тұндыру жылдамдығы, КРС спектрі ж әне
жасалынған қабықшаның микроқұрылымы 3ке тең, ArCH 4 арақатынасында
a-C:HPt қабықшаның құрылым өзгерісінің бақыланатыны айқындалды. a-C:H
ге Pt енгізу бұл қабықшалардың механикалық және электронды қасиетінің
жақсаруына әкеледі.
2.4 Алмазтектес көміртегінің электрондық қасиетінің қазіргі заманғы
мәселелер модификациясы
Соңғы жылдары ретсіз құрылымды көміртегіге және оның қасиетінің
модифицирлеу мәселесіне жалпы қызығушылық байқалып отыр. Қазіргі
уақытта, ретсіз құрылыммен әртүрлі көміртегіге көп түрлілік қалыптасты және
тек қана аморфты көміртегі емес, соның негізінде құралған толық материал
класы туралы айтуға болады. сол себепті, аморфты көміртегі электронды
қасиетінің модификация мәселесі, алғашқы зерттеулерге қарағанда көбірек кең
көлемді болады. Осы мәселе шешімінің әр түлі жолы бар екені белгілі. Әрбір
жағдайда a-C электронды қасиетінің модификацияға әректі жасап шығарылады.
22
Бұған әдістің көптүрлілігі және a-C аморфты қабықшаның алу спецификасы
қосылады.
Аморфты көміртегінің көптүрлілігі формасынан өзінің қызықты
қасиетімен a-C:H гидрогенизирленген аморфты алмазтектес көміртегі болып
көрінеді. Ең алдымен,бұл өзінің механикалық қасиетімен табиғи алмазға, оны
материал негізінде алу мүмкіндігіне байланысты. Аморфты гидрогенизерленген
көміртегі, антифрикционды қасиетке оптикалық және қатты мөлдірлік
жабындысын алу үшін перспективалық материал болып табылады. Бұдан басқа,
a-C:H қабықшасы квантты өлшемді эффектілер пайда болатын наноқұрылымды
материал сияқты маңызды қызуғышылық көрсетеді.
КРС пен ИҚ спекроскопиямен берілген үлгі алмазтектестeс a-C:H
наноқұрылымды бірлік sp2 валентті байланысының конфегурациясымен 5-20 A0
дейінгі өлшемнен графиттектес кластерлер болып табылады. Бұл кластерлер sp 3
конфигурация байланысымен алмазтектес материалға орналасады. a-C:H
қабықшасындағы өлшемді квантталу, графитті жартылай металдан жартылай
өткізгішке айналдыра отырып, графиттектес нанокластерді электронды
спектрде тиым салынған аумақтың пайда болуына алып келеді және a-C:H
қабықшасының оптикалық жұтылу шекарасын анықтайды.
a-C:H электронды қасиетінің кең таралған модифкация тәсілі қазіргі күнде
қоспалы металлдың ендіруі болып табылады. Ережеге сәйкес, металл қоспасы
анықталған дәрежеде a-C:H қабықшаны электронды және механикалық
қасиетіне әсер етеді. Сондықтан, бұл әсер көміртегімен металл қалыптасуына
байланысты. Әдебиеттерде, аморфты алмазтектес көміртегінің әртүрлі
металлқұрамды қабықшасы ретінде қарастырылады. Рентгендік зерттеулердің
келісімімен Ta,Ti,V,W,Mo,Nb құрамды a-C:H қабықшада, a-C:H матрицасына
енгізілген карбид металының аз кристаллдық кластері қалыптастырылады. Au,
Ag немесе Cu cияқты некорбид қалыптастырған металл қолдануымен,аморфты
алмазтектес көміртегі матрицасында 3 тен 10 нм дейінгі диаметрмен металл
кластерлері пайда болады.
Келтірілген мысалға байланысты, a-C:H қабықшаның қасиеті қоспалы
металл енгізу жолымен модифицирлеуге болады. Металл типтік немесе a-C:H
де пайыздық құрамын өзгерте отырып, жаңа қасиетті алмазтектес көміртегі
алуға болады.
Бұдан басқа, күшті дәрежедегі алмазтектес көміртегі қабықшасының
қасиеті a-C:Н аморфты матрицадағы координирленген байланысының sp 2 және
sp3 ара қатынасына тәуелді емес. Сондықтан, бұл ара қатынас a-C:H қабықша
тұңдыру шартына тәуелді екені байқалды. Басқа сөзбен айтқанда қабықша
тұңдыру шартын өзгертіп, a-C:H құрылымда байланыс sp2 және sp3 ара
қатынасын өзгертуге болады, нәтижесінде a-C:H қабықшаның қасиетін
құрылымды модификацияға жеткізеді. Сондықтан, қоспалы сияқты
алмазтектеас көміртегінің электронды қасиетінің құрылымды модификациясын
перспективті жүзеге асыру басталады. Қоспа ретінде күміс таңдалынды, ең
әлсіз зерттелген металл модификатор сияқты, жаңа электронды қасиетті
алмазтектес көміртегі және оның практикалық қолданысының таралу облысы
көзімен танымал
23
2.5 a-C:H қабықшасын жасау технологиясы және зерттеу әдісі
Жоғары айтылғандай, a-C:H қабықшасының қасиеті мен құрылымы
жасалу шартына байланысты, өз кезегінде технологиялық құрылғы параметріне
тәуелді. Сондықтан, қабықша жасалу технологиясын тереңірек қарастырып
көрейік.
Магнетронды тозаңдату. Тұрақты токтағы қарапайым тозаңдану екі
электродты жүйеде тозаңдатылған материал нысана болып табылады, ол
катодта араласады. Сосын камераға жұмыс газы жіберіледі. Анод пен катод
арасындағы қолданылатын өріс ионизационды аргон атом шақырады және
тартылыс разряды пайда болады. Аргонның зақымданған оң ионы үдетіліп, оны
тозаңдата отырып нысананы атқылайды. Бірақ тұрақты токтағы қарапайым
тозаңдатылған жүйеде орналастыру жылдамдығы жеткілікті жоғары емес,
сондықтан магнетронды тозаңдатылған жүйе қолданылады.
Магнетронды тозаңдану кезінде тозаңдатылған нысаның бетіндегі
электрлік өріске перпендикуляр магнитті өріс қолданылады. Магнитті өрісті
қолдану инертті газдың ионизационды атомының концентрациясының көбеюіне
әкеледі. Қорытындысында, магнетронды тозаңдану кезінде тозаңданудың ток
тығыздығы, тұрақты токтағы қарапайым диод жүйесіне қатысты бір екі реттікке
көбейеді.
7-суретте тұрақты токтағы магнетронды тозаңдатылған жүйесінің
схемасы көрсетілген. Поликристалдық графиттегі нысана тұрақты магнитте
құрастырылып тозаңдатылған жүйеде камотқа қызмет етеді. Көміртегі
қабықшасын алу үшін 99,99% таза графит қолданылды. Ал, Ag қоспалы
қабықшасын алу үшін және графит ауданымен байланысты графит күміс
комбирленген нысана қолданылды. Ar 80%+ H 2 20% қоспасы жұмыс газының
қызметін атқарады. Тозаңдату процесіндегі газ қысымы тұрақты ұсталды және
1па құрды. Анод тотықпайтын болаттан цилиндрлік форма алды және тұрақты
токтың оң полюсті көзіне жалғанды. Тотықпайтын болаттан жасалған төсеніш,
ұстағыш разряд тұрақтандырғыш үшін қондырылды. Әдетте, нысана және
төсеніш қарама қарсы орналасады. Төсеніш есебінде кварцтың, шыныны ң ж әне
кремнийдің полирленген пластиналары қолданылды. Төсеніш ұстағышының
конструкциясы 50 ден 3000 C дейінгі интервалда төсеніштің температурасын
өзгертуге және ұстап тұруға мүмкіндік берді. Жаңадан жасалынған қабықшаны
вакуумда бір сағат көлемінде күйдірілді. Алынған қабықшаның қасиетін,
орналастыру процесінің жылдамдығын және шыққан атомның энергиясын
анықтайтын I тозаңдату тобы және берілген кернеу қадағалайды. Бұдан басқа,
a-C:H алынған қабықшаның құрамына жұмыс газының қысымы әсер етуі
мүмкін. Төсеніш температурасы да қабықша қасиетіне, құрылымына,
тығыздығына қатты әсер етуі мүмкін.
Ионды плазмалы разрядының вольт амперлі сипаттамасы және разряд
тоғының тәуелділігі және жұмыс газы қысымынан R плазма кедергісі
нысананың материал тозаңдану коэффициентімен байланысты екенін көрсетті.
Бұл сипаттамаларды өлшеу жолымен тозаңдану процесіндегі жұмыс режимі
таңдалынды.
24
1- тозаңдану камерасы, 2-тосеніш ұстағышы, 3-төсеніш, 4-анод, 5- нысана (катод), 6анод үшін тефлонды ұстағышы, 7- магнит, 8- газ жіберу үшін кіріс, 9-тұрақты тоқ көзі, 10шығару сызығы
Сурет 7 тұрақты тоқтағы магнетронды тозаңдану жүйе схемасы.
8-cуретте жұмыс газының әр түрлі қысымдағы ион плазмалы разрядының
вольт амперлік сипаттамасы келтірілді. Анодта кернеудің көбеюімен разряд
тоғы өсетінін көруге болады және бұл тозаңдату коэффициентінің үлкеюіне
әкеледі.
25
9-cуретте разряд тоғының тәуелділігі және газ қысымынан плазма кедергі
көрсетілді. Газ қысымының өсуімен разряд тоғы өсетіні көрініп тұр, ал разряд
тоғына кернеу ара қатынасы сияқты анықталатын плазма кедергісі төмендейді.
10-cуретте төсеніш пен нысана арасындағы әр түрлі ара қашықтықтағы
(3,5 және 7см) P=1Па газ қысымы кезіндегі ион плазмалы разрядының вольт
амперлік
сипаттамасы
көрсетілді.
Жасалынған
зерттеулер,
a-C:H
қабықшасының технологиялық процестің оптималды параметрлермен алынуы
анодтағы 500B кернеуі, тозаңдату 24 mA тоғы, 5cм төсеніш ж әне нысана
арасындағы ара қашықтық және жұмыс газының қысымы, төсеніш
температурасы 2000С болып табылады. Тозаңдату процесіндегі мұндай
параметрлер ион-плазмалы разряд тұрақтылығын және алмазтектес
көміртегінің жақсы сапасын қамтамасыз етеді.
Сурет 10 – төсенішпен нысана арасындағы әр түрлі ара қашықтық және Р=1Па
жұмыс газының қысымындағы ион плазмалы разрядтың вольт амперлі
сипаттамасы
26
a-C:H қабықша қалыңдығының анықталуы. Өте жұқа қалыңдықпен және
жоғары қаттылығымен байланысты алмазтектес көміртегі қабықшасының
анықталуы мәселесі бар. Осындай қабықшаның қалыңдығын анықтау үшін
қолданылатын әдістердің бірі, 1 нм ден бірнеше микронға дейін қабықшаны ң
қалыңдығын бұзбай өлшейтін эллипсометрия әдісі болып табылады.
ӨЛШЕУ АСПАПТАРЫ
СФ-26 жұмыс істеу принципі
Кез келген заттың жұту спектрін алу үшін жалпы тәжірибелік сұлбада
келесі құралдар керек:
а) сәулелену көзі,
б) сәулеленудің тұтас немесе күрделі спектрінен толқын ұзындықтары
белгілі бөліктерін айыруға мүмкіншілік беретін қондырғы,
в) өткен сәулеленудің интенсивтігін өлшейтін және тіркейтін қондырғы.
Осы жұмыста СФ-26 спектрофотометрі қолданылады. 3-ші суретте СФ26-ның сқлбасы келтірілген.
Объектив – ол фокустық қашықтығы 500 мм сфералық айна.
Дисперсиялайтын призманың сыну бұрышы 30o, негізі 30 мм және тиімді
диаметрі 44 мм [18].
Призма, линзалар және қоршайтын пластинкалар спектрдің ультракүлгін
аумағында өткізу коэффициенті жоғары кварц шыныдан жасалған.
Спектрофотометр спектрдің кең диапазонында жұмысын істеу үшін екі
фотоэлемент және тұтас спектрді беретін екі сәуле көздері қолданылады. Кварц
шыныдан терезесі бар сурьма-цезий фотоэлементі спектрдің 180 нм-ден 650нмге дейінгі аумағында, ал оттегі-цезий фотоэлементі спектрдің 600 нм-ден 1000
нм-ге дейін аумағында өлшеу үшін қолданылады. Бір фотоэлементпен өлшеуден
екінші фотоэлементінен өлшеуге көшу керекті толқын ұзындығы
спектрофотометрдің паспортында көрсетіледі.
Дейтерий лампысы спектрдің 186 нм-ден 350 нм-ге аумағына дейін, қызу
лампасы спектрдің 340нм-ден 1100нм-ге дейін аумағында жұмыс істеуге
қолданылады. Градуирлеуді тексеру үшін сынап-гелий лампасы қолданылады.
Берілген спектральды диапазон өлшеміне сәйкес фотоэлемент пен
сәулендіру көзін жұмысқа дайындық жағдайына қою қажет. Тұтқаны 53 ЗАКР
жағдайына қойып фотоэлемент жабылады. 30 тұтқаның көмегімен саңылаудың
ені 0,1 мм бекітілуі тиіс. Тумблер СЕТЬ 48 қосу қажет, сол кезде тандалып
алынған сәулендіру көзіне сәйкес сигналды лампа СЕТЬ, дейтерийлік лампа Д
және қызу лампасы Н жануы қажет. Спектрофотометр қосылғанынан 1 сағат
өткеннен соң оның тұрақты жұмыс істей бастайды. Қызу лампасынан кейін
дейтерийлік лампаны қосу үшін тұтқа 34 көмегімен ауыстыра- қосу керек,
сосын 1 минуттік қызудан кейін лампа автоматты түрде жанып, және онымен
бірге алдыңғы панельдегі индикаторлық лампа Д жанады. Спектрофотометр
СЕТЬ тумблеры көмегімен сөндіріледі [28].
27
1 немесе 1' cәуле көзінен сәулелену айналы конденсаторға 2 түседі, ол оны жазы қ айнымалы
айнаға 3 бағыттайды да кіру саңылауының 5 жақын орналасқан линза жазығында 4 сәуле
көзіннің кескінін береді. Кіру саңылауыннан өткен сәулелену айналы объективке 6 түседі де
оның алюминиймен жабылған қырына шағылысып дисперсияланған шоқ кейін қарай
объективке бағытталады да кіру саңылауынның үстінде орналасқан шығу саңылауында 8
фокустеледі. Призма айналған кезде толқын ұзындықтары әр түрлі монохроматтық сәулелену
шығу саңылауынан 8, линзадан 9, бақылайтын немесе өлшенетін үлгіден, линзадан 10 өтеді
де айнымалы айнаның 11 көмегімен 12 немесе 13 фотоэлементердің біреуіні ң жарықсезгіш
қабатында жиналады.
Сурет 9 –Қондырғының оптикалық сұлбасы
Монохроматордың оптикалық сұлбасы - автоколлимациялық.
Қабықшалардың оптикалық константалары және қалыңдықтарын
спектральдік интерференция әдісімен бақылау
Спектральдік интерференция әдісінің мәні белгілі спектральдік
құрамдағы сәулелік ағынды қабықшаға бағыттаудан тұрады, содан соң өткен
немесе
кескінделген
сәулеленудің
спектральді
құрамының
интерференциясының нәтижесіндегі
өзгерісті сараптағанда
қабықша
материалының оптикалық константа мен қалыңдығын анықтайды. Химиялы қ
құрамы мен толқын ұзындығының сарапталған аймағына байланысты
қабықшадағы сәулеленудің жұтылуы интерференцияға қолайлы азғанадан
басталып, қабықшалар мөлдір емес және интерференция орындалмайтын
жағдайға дейін болады.
1 мкм қалыңдықтағы а-С:H қабықшалары күн батареяларында жасауда
кеңінен қолданылады. Бұл ретте осы материалдың өте жақсы фотоөткізгіштігі
және күн спектрінің көрінетін аймақ шегіндегі оптикалық жұтылудың жоғарғы
коэффиценті қолданылады. Жалынсыз разряд плазмасында газдық қоспалардың
негізі мен СH4 метанды ыдырату кезінде қабықшалар орналастырылады.
Френельдік сәулеленудің есебінсіз түсірілген мөлдірліктің сипатына сай 750 нм
толқын ұзындығындағы а-С:H қабықшаларының ысырабы өте аз. Туыстас
28
материал монокристалдық кремний λ 750 нм – де өте төмен мәндегі экстинция
коэффиценті k
0,003 болады. Бұл жағдайда, нақты ортадағы ǹ сынудың
кешенді көрсеткіші үшін белгілі мәнді k экстинция коэффицентімен қажетті
дәрежеде елемеуге болады:
ǹ = n + ik
(7)
мұндағы n – сыну көрсеткішінің заттық бөлімі, ол берілген ортада
фазалық жылдамдықпен вакуумдегі электромагниттік толқындардың
жылдамдығының қатынасына тең.
Егерде толқын ұзындықтары λ1 және λ2болғанда, кез келген бір типті екі
көршілес экстремумдар m интерференция реті бойынша тек бірлікке ғана
ерекшеленсе, ал қабықшаның физикалық d қалыңдығы спектрді түсіріп алған
кезде өзгеріссіз болған жағдайда λ1 және λ2 үшін резонанс шарттары бойынша
келесі екі мән орындалады:
n1d = mλ1 2
және
n2d = ( m+1) λ2 2 ,
(8)
мұндағы n1 және n2 - λ1 және λ2 сәйкес сыну көрсеткіштері. d қатысты
берілген теңдікиі шешу барысында, мынаны аламыз:
d = λ1 λ2 2( λ1 n2 - λ2 n1
(9)
Бұл мәнде материалдың мөлдірлігінің абсолютті шамасы болмайды, сол
себепті, ол өтіп жатқан жарықтағы түсірілген спектрге сияқты, сәулеленуді
кескіндеу нәтижесінде алынған спектрге де жарамды.
(3) формуласымен қалыңдықты анықтау үшін λ1 және λ2 өлшеу керек,
олар бір типті көршілес экстремумдардың күйлеріне сәйкес, сонымен қатар,
осы толқын ұзындықтарындағы n1 және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
9
I ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 Аморфты алмазтектес көміртекті қабықшаның электронды қасиетінің
модификациясы
Ең алдымен, құрылымды ретсіз көміртегідегі, электрондық процесс
табиғатын түсіну қажет, бұзылған трансляциялық симметрияның ортаға өтуі
және осы материалдың жаңа облысының табылуы техниканың әр түрлі
саласында қолданылады.
Қазіргі уақытта ретсіз құрылымды көміртектің көп түрлері бар. Оларға
шынытәрізді көміртек, аморфты фторлы көміртек a-C:F, нитрогенизирленген
көміртек
a-C:H,
графиттектес
және
полимертектес
көміртек,
гидрогенизирленген алмазтектес көміртек және тағы басқалары жатады.
Зерттеушілер гидрогенизерленген аморфты алмазтектес көміртекке ерекше
көңіл бөліп отыр. Бұл материалдың керемет механикалық және электронды
қасиетпен байланысы маңызды. a-C:H қаттылығы табиғи алмаздың
қаттылығына жақынырақ болып отыр. Сондықтан, ол алмазтектес көміртек деп
аталады. Мұндай қасиет координерлі байланыстағы аморфты матрицада a-C:H
игерілуімен түсіндіріледі. Қазіргі уақытты ретсіз құрылымды алмазтектес
көміртекті тәжірибеде қабықты нығайту, антифрикционды
қорғау,
жарықтандыру изомерлер және поссиверлеу есебінде кеңінен қолданыс қа ие
болады. a-C:H Қабықша негізінен жасалынған, жоғары механикалық берікті
және сенімді. Электрондар құрылғылар жоғары температурада жұмыс істей
алады. Болашақта алмазтектес көміртек күн энергиясында және медицинада
биоматриал есебінде қолданылуы мүмкін.
Бірақ алмазтектес көміртегінің қолдану спектрінің кеңдігіне қарамастан,
қазіргі уақытта электрон қасиетінің актуалды және негізгі мәселесі туындауда.
Ол осы материалдың электронды қасиетінің өзгеруімен практикада қолдану
аумағының кеңдігімен байланысты. Алмазтектес көміртегі электрон қасиетін
модификациясымен әртүрлі әдісте қолданады. Оның біреуі әртүрлі металлды
қоспаларын енгізу, мысалы: алтын, күміс, мыс, алюминий. Б ұл металлдарды ң
негізгі артықшылығы көміртегімен химиялық байланысқа түспейді. Металлдың
легирленуі a-C:H аморфты матрицаның металлдық нанокластер түзуімен
анықталады. Қазіргі кезде a-C:H мыспен легирленген (C:HC 4) жүйе қасиеті
электронды қасиеті аз зерттелді. Соңғы кезде күмісті антифрикционды
жақсарту ретінде a-C:H қолданылады. Қоспалары карбид түзілмейтін металл
болып табылғандықтан a-C:H гетерогенді жүйесі түзіледі. Мұндай біртекті емес
жүйе сызықты емес оптикалық және электрлік қасиетін иеленеді. Бұл металл
қоспаларын енгізгеннен кейін күміс атомдары оптикалық және электрлік
қасиеттерін алмазтектес көміртегімен модифицирлейді. Алмазтектес көміртегі
электрондық қасиеттерінің аморты көміртегі матрицасында өтіп құрылымдыққа
ауысады. Бұндай құрылымдық ауысулар қабыршақты тұндырумен a-C:H
алмазтектес матрицаның графиттектес номенклатура валенттік байланысы Sp 2
түзілуімен байланысты. Sp2 және Sp3 құрылымдық бірлікте a-C:H қабықшасын
жаңа электрондық қасиетпен алуға болады. Алмазтектес көміртегінің жаңа
10
электрон қасиетімен актуалды алу мәселесін a-C:H аморфты матрица
қоспасымен құрылым модификациясымен жүзеге асыруға болады.
1.2 Көміртектің құрылымды модификациясы.
Көміртегі қасиетіне байланысты әртүрлі электрон конфигурация
байланысымен керемет зат болып табылады. Қарапайым модельде осы
конфигурацияның гибридизациясы sp,sp2 және sp3 түсіндіріледі және олар 1
суретте көрсетілген. Көміртегінің кеңінен таралған құрылымды модификациясы
гибридтелген құрылымды байланыспен sp3 құрылымы анықталған, алмаз және
sp2 ибридтелген байланысты графит (сурет 2). Графит Ван-дер-вальс типті
қабатпен, қабатты құрылым арасында байланысы болады (сурет2) Мұнда
Көміртегі, атомы үштік байланыспен байланысқан, С 2H2 ацетилен және карбин
(C C)n секілді. Мұнда көміртегі атомы sp-гибридтелген. Көміртегі әртүрлі
қасиеті бар қатты денедегі кристаллдық және кристаллдық емес қатарын түзе
алады.
Сурет 1 – Көміртегінің s және p атомдық орбиталдың гибридизацияның
диаграммалық схемасы
а
б
Сурет 2 – Көміртегінің құрылымдық модификациясы
Бұл қасиеттер жартылай металлдың графитпен тиым салынған аумақта Eg
0эВ ретімен ( Eg4эВ ) изолирленген алмазға дейінгі интервалында ке ңінен
реттеледі [4.5]. Сондықтан, жартылай өткізгіштік электроникада көміртегіні
қолдануға себеп болады. Кристалдық емес көміртегінің әртүрлі формасы 1
кестеде көрсетілген.
11
Кесте 1 – әртүрлі формадағы көміртегінің кейбір механикалық және
электрондық параметрлері.
Көміртегінің
түрлері
Тығыздығы
гcм3
Қаттылық
кгмм2
Алмаз
3,515
10000
Графит
2,267
Төмен
Шынытәріздес 1,3-1,55
800-1200
a-C,
~2
20-50
1,6-2,0
5000
1,2-1,6
1,0
a-C:H, сутек
ендірілген
алмазтектес
көміртегі
a-C:H,
полимер
Полиэтилен
P
%
т.% H
0
Аумақ
ені, эВ
5.5
00
0
-0,04
0,01
0
0,4-0,7
0
10-40
0,8-2,7
Төмен
5-60
1,7- 4
Төмен
-70
1.3 Аморфты көміртегі.
Аморфты көміртегі графиттің ұнтағымен немесе оның электорнды сәуле
булануымен жасалуы мүмкін. Бұл модель a-C де sp3 байланыстың максималды
концентрациясы 5% құрайды. a-C жарықтың комбинационды шашырауының екі
ерекшілігі бар: 1550см-1 қысқа негізгі шыңы және 1350см-1 қосымша шыңы.
Сондай ақ бұл ерекшеліктерін олардың үш координирленген торда және жеке
изолирленген графиттің пайда болуын түсіндіретін КРС микрокристаллдық
графитті спектрінде бақылаймыз. а-С графиттің қабатты кластерінен
құралатыны ұйғарылды.
Аморфты көміртегі бөлме температурасында кварцтан және
монокристаллды кремниден төсенішке шынайы көміртегіден қарапайым ионды
сәулелі тозаңдатумен нысана алынуы мүмкін. Егер жылу өңдеуінен кейін үлгіде
кристаллиттің баяулауы және құрылымның өзгеру арасында коррелияция
байқалады, оптикалық тиым салынған аумағының ені және көміртегі атомыны ң
күйі sp3 байланысыымен КРС спектрінің зерттелуі қалыптасады.
1.4 Гидрогенизирленген аморфты көміртегі.
a-C:H aлмазтектес көміртегі DLC (diamond like carbon), графиттектес
және полимертектес (PlC) сияқты әртүрлі модификацияға ие. a-C:H құрылымы
мен қасиеті үштік фазалы диаграммада көрсетілгендей жасалу шартына тәуелді
(3 сурет, 2 кесте).
Полимертектес көміртегі. Полимертектес көміртегі қабықшасы 35-50 ат%
сутегі құрамымен алынады. Олар төмен тығыздыққа (1,2-1,7 гсм-3), қысқа тиым
12
салынған аумаққа (2.5-4 эВ) және аз сыну коэффициентіне (1,2-1,7) ие. PLC
қабықшасын aлу үшін әдетте сутекті көміртегі газдағы плазмохимиялық
қондыру (Plasnia enhanced chemical vapour deposition-PLECVD) қолданылады.
Сурет 3. a-C:H фазалық күйдің үштік диаграммасы
Кесте 2
параметрлері
–
Алмазтектес
және
Параметр
Оптикалық рұқсат етілмеген
өңірдің ені Eg, эВ
Сыну көрсеткіші
Тығыздығы, гcм3
Сутек концентрациясы H, aт.%
полимертектес
a-C:H
DLC
PLC
1,1
3,0
2,1
1,9
1,65
1,3
физикалық
PLC қабықшасын CH4 метан газ қоспасынан және H2 сутегінен және C2H3
ацетиленнен және әртүрлі компонентті сутегіден (R):R=CH 4(CH4+H2) және
R=C2 H6(C2 H6+H2) PLECVD әдісі арқылы алынды. Мұндағы R 0,25-1,0 дейін
түрленді және газдың толық қысымы 133 Па қабықша бөлме температурасында
1356 МГц жиілікпен және ЖЖ-беріктігінің тығыздығы 2,8 Втсм 2. PLC
қабықшасының қасиеті сутегі концентрациясынан сондай ақ, қабықшадағы топ
CHn концентрациясына тәуелді болды. Бұл концентрациялар PLC
қабықшасынан сутегі шығу эффектінің R қатынасы әсерінен азайды. Бұл
қабықшаның үлес кедергісі 3*1013 Ом*см дейін өсті. Қабықшада сутегі
концентрациясының өсуінен сыну коэффициенті кемиді,сондықтан, CH 4 немесе
C2 H6 пайыздық құрамының көбеюімен оптикалық тиым салынған аумағының
ені өседі. PLC қабықшасының жазықты электрондық эмиссиясының шекті
электрлік жазықтығы 18 Bсм құрайды, сондықтан PLC қабықшасы электронды
эмиттер есебінде қолдануға болатынын қорытындылауға мүмкіндік береді.
PLC жұқа қабықша фотолюминесценция спектрінде, төменгі
температуралы төсенішке өсірілген және аз ион энергиясы жоғары сапалы
плазмохимиялық қондыру әдісі арқылы үш энергиялы шың пайда болады, 2,28,
2,65 және 2,95 эВ, олар қыздырылған жарықтың 3,54 және 4,13 эВ энергия
13
квантына тәуелді емес болады. Түрлендіру технологиялық параметрдің
қабықша алуы эмиссионды спектрдің салыстырмалы интенсивті шыңны ң
өзгеруіне әкеп соғады және олардың энергетикалық жағдайына әсер етпейді.
Алмазтектес көміртегі a-C:H. a-C:H қабықшасы оның болашақта
тәжірибелік қолданыста кеңінен қолданылатынымен назарға ие. a-C:H
қабықшасы тетраэдрлік және көміртегі атомымен байланысты тригональды
фаза қоспасынан тұрады және осы екі фазаның ара қатынасы тұндыру шартына
тәуелді (сурет 4). Қабықшаның электрлік және оптикалық қасиеті өткізгіштік
аумақтың шетін, валентті аумақты қалыптастыратын және Ферми деңгейіне
жақын орналасатын sp2 позициялы П-күйдегі электрондар арқылы анықталады.
Бұл sp2 байланыстары бірнеше атомнан тұратын, sp3 матрицасына
байланысып тұрғызылған кластерлерді құрастырады. Көміртегі атомымен
байланысқан sp2 және sp3 арақатынасы арқылы a-С:H қабықшасының қасиетін
анықтайды.
Сурет 4.Алмазтектес көміртегінің a-C:H құрылымы.
Қабықшаның тұндыру шартын бақылай отырып, қабықшадағы sp 3 және
sp2 байланыс арақатынасын ұсынуы мүмкін.
Алмазтектес қабықшамен a-C:H шынайы монокристаллдық алмаз
арасындағы фундаментальды ерекшелігі ауыспалы тригональ санымен немесе
графитті байланысының қатысуы болып табылады.
Таза алмаз кристалының синтезі жоғары температурамен қысымды талап
еткеніне қарағанда, жасанды алмаздың алу процесі едәуір технологиялық
қиындықта көрсетеді.
1.5\ Алмазтектес көміртегі.
Алмазтектес көміртегі (а-C) sp3 байланысында жоғары қаттылығымен,
химиялық инерттілігімен,оптикалық тұнықтылығымен және жоғары үлесті
кедергісімен сипатталады. CVD әдісімен жасалған а-С типтік қабықша,
импульсті лазермен тозаңдату және булану, сыну коэффициенті 1,8-2,2
оптикалық тиым салынған аумағының ені 1-2 эВ және үлесті кедергісі 10 4-108
14
ом*см. a-C КРС спектрінің негізгі жақын жолы 1530см-1 жоғары
интенсивтілігінен және әлсіз интенсивті қосымша жол 1400см -1. Үлкен
мазмұнды sp3 байланысымен аморфты көміртегінің қабықшасын сипаттау үшін
тетраэдрлік термині қолданылады және ta-c сәйкес мағынасы ендіріледі.
Тетраэдрлік аморфты көміртегін магнитті фильтрмен магнетронды
тозаңдату жүйесімен алуға болады. sp 3 байланысымен үлкен үлесті қабықша
құрау төсеніште 10 нан 50В дейін араластырумен болады. Алынған
қабықшаның оптикалық тиым салынған аумағының ені 3эВ құрайды. Атомдық
күштік микроскоппен алынған беттік рельефтің көрінісі, қабықша біртекті ж әне
тегіс екенін көрсетті.
Толқын ұзындығы нм ультракүлгін лазерді тербелмелі модты қыздыру
үшін қолданылатын тетраэдрлік аморфты көміртегінің КРС спектрінің зерттелуі
ta-c спектрінің sp2 және sp3 күйімен сәйкестендірілген екі жақын жолдан 1100см 1
және 1600см-1 тұратынын көрсетті. ta-c қабықшаның басты кемшілігі
құрылымының тұрақсыздығы және сол үшін өзінің керемет қасиетіне
қарамастан, бұл материал болашақта тәжрибеде кеңінен қолданысқа ие
болмайды. Құрамында фторы бар, аморфты көміртегі (а-С:F). a-C:F локализді
күйге ие аморфты материал сияқты тиым салынған аумағының ені 0,5 тен 2,0эВ
дейін классифирленеді. Материал матрицасы sp3 байланысымен және аз
концентрациясы sp2 және sp байланысымен қалыптасады. a-C:F қаттылығы
және химиялық тұрақтылығы sp3 байланысының үлкеюімен өседі. a-C:F
Жылуөткізгіштігі 4-10 мВтсм*Н құралады, бұл кремнидің жылуөткізгіштігін
1,5 мвсм*Н көтереді. Сол себепті ол кремнидің жабындысы есебінде сәйкес
келмейді. Бірақ, беткі қабатын қорғау үшін қолдануға болады.
Әдетте a-C:F қабықшасын меншікті кедергімен 1-10 Ом*см және 100
ориентациялы монокристалды кремни қабықшасына жоғары сапалы CVD
әдісімен алады. Қабықша қасиеті 3000С дейін 30 минут көлемінде
қыздырылғанда тұрақталынатыны бекітіледі. Мұндай әрекет термиялық
жағдайда қабықшаның эффузиялық фторы қатыспайтынын, контактты
бұрыштың өлшемі жібітілген бұрыш және Резерфорд шашырауының
қайтарылған спектрометриясы көрсетті.
II ТӘЖІРБИЕЛІК БӨЛІМ
15
2.1 Әртүрлі әдіспен алынған гидрогенизирленген алмазтектес
көміртегінің қабықшасының қасиеті және құрылымы
Алмазтектес көміртегі қабықшасын алу үшін әртүрлі әдістер
қолданылады. DLC қабықшасы тұрақты қысыммен 10-2 13,56 МГц жиілікте
Alcatel RIE600 қондырғысында асимметрлік электродпен қарапайым ионды
желіндеу реакторында плазмохимиялық бөлінуімен жасалынды. Плазма құрамы
ағын арақатынасымен CH4(CH4+газ-тасымалдаушы) анықталды. Газтасымалдаушы есебінде аргон мен гелий қолданылды. Қабықша тығыздығы
сутегі құрамына қатысы тәуелді екені анықталды. Бұдан басқа, аргон метан
плазмасында гамогенді DLC қабықшасы қалыптасып, бірақ оның тығыздығы
таза аргонда немесе аргон сутегі қоспасында жасалынған қабықша
тығыздығына қарағанда аз болды.
DLC қабықшасын, төменгі температурадағы ЖЖ-ығысу төсеніште
CH4+Ar қоспасын жұмыс газ есебінде қолданып, қысқа толқынды
плазмохимиялық тозаңдатуда электронды циклотронды резонанс әдісі арқылы
алынды. 150Вт қуаттылығында қабықшаның максималды өсу жылдамдығының
1,6 мкмсағат құрды. Бұдан басқа әр түрлі мағыналы қысқа толқынды қуатта
және ЖЖ-ығысуда жасалынған қабықшаның шың спектрі КРС 1540_20см -1
арасында табылды, DLC қабықшасы үшін тән.
Аморфты гидрогенизирленген көміртегінің қабықшасы төсеніш
температурасы 70-3600C және қысымы 26-133Па, ЖЖ-ығысуы 1,5-8Вт
аралығында С2 H6 плазмохимиялық тозаңдату электрод жерге бекітілген
орналастыру арқылы алынды. Бұл шарттар электрондық қасиетінің жоғары
сапалы қабықшаның өсуіне және 1018см-3 төмен спин тығыздығына тура
келетіні қалыптасты.
Қуаттылықтың импульсті модуляциясын қолдана отырып, ацетононитрид
және N-диметилформалит электро тозаңдатуында алюминді төсеніште электро
орналастыру арқылы 107Ом*см кедергісімен және қалыңдығы 1мкм
алмазтектес көміртегінің қабықшасын алуға болады. Фотоэлетронды рентгенді
(XPS) және КРС спектроскопия әдістері арқылы берілген әдіс DlC қабы қшасын
көміртегімен байланысты sp3 құралған жоғарғы ықтималдылықпен алуға
болады және еріткіштің метилды тобы қабықша жасалуына әсер етеді. Сол
еріткішті қолдануында қабықша сипаттамасы, мөлдірлік кедергі қалыңдық
және қалыптасу процессі секілді басты түрі табиғи төсенішпен анықталады.
DLC қабықшасы 450 бұрышпен нысанның бетіне фоксирленген эксимерлі
лазерді (=308нм) қолданумен кремнилі және кварцты төсеніште жасалынды.
Көміртегі көзі комфортты көміртегі (СС) деп те аталады. Бұл материалды
(С10Н160) комфордты қысу арқылы алды, оны графитпен салыстырғанда
құрамында сутегі болса да a-C:H қабықшасын алу үшін ең күшті шы ғынды
материал болып табылады. Төсеніш нысанаға арақашықтығы мм орналасты
және қабықша 1,33*10-4 Па қысымда, бөлме температурасында тұндырылды.
Лазердің энергия импульсі 150 мДж құрайды.
16
a-C:H алмазтектес қабықша құрамында 10% сутегі бар, аргонды плазманы
қолдана отырып, графитті нысанмен жоғары сапалы тозаңдату арқылы алынды.
Қабықшаны орналастыру ЖЖ ығысуды 50-250 Вт аралығында жүргізілді.
a-C:H қабықшасын алу үшін Ar+CH4 газ қоспасындағы кремний және
тотықпайтын болаттан төсенішке графитті нысанның жоғары сапалы
магнетронды тозаңдату қолданылды. Қабықша адгезиясын жақсарту үшін
болатты немесе кремнилі төсеніштен, төсеніш атмосферасындағы таза аргон
көміртегі қабатының аралығы орналастырылды. ЖЖ ығысуының тығыздығы
аралығы 2-14Втсм2, газ қоспасындағы (Ar+CH4) CH4 құрамы-1,5;2;3;5;9;24
және 40%. Камерадағы газдың толық қысымы 4-14Па, төсеніш температурасы
100-3000С аралығында. ИҚ спектроскопия және КРС әдістерімен плазма
құрамы және қабықшадағы алмазтектес фаза құрамы арасында корреляция
қалыптасты.
a-C:H қабықшасы жоғары жиілікті графитті нысанды қолданумен
тұрақты тоқтағы магнетронды тозаңдату әдісімен кварцты төсеніште алынды.
Жұмыс газы Ar+H2 4:1қатынасындағы қоспа болып табылады. Төсеніш
температурасы 2000 C, газ қысымы 1,1-1,2 Па, орналастыру уақыты 10 және 30
минут болып табылады, 740 және 770А 0 қалыңдықты қабықшаны алу үшін,
магнетронды ығысуының тығыздығы 0,36 кВтсм2 құрады.
2.2 a-C:H қабықшасының микроқаттылығы және құрылымы, байланыс
сипаттамасы
Молекулада атомдар қатты фиксирленген болмайды. Серіппеге бекітілген
сияқты, олар бірнеше тегіс жағдайдан кейін тербеліс жасай алады,
қорытындысында мұндай тербелістер сол немесе басқа байланыс деформация
түрінде болуы мүмкін, мысалы майысу және созылу (5 сурет). Егер молекула
анық бір жиілікпен (300-4000см-1) ИҚ-сәулесімен жылжыса, онда резонанста
молекула атомының тербеліс жиілігі және сәуле жиілігі өте жоғары энергиямен
келесі күйге тербеліс күйден энергиямен энергетикалық ауысуы және энергия
жұтылуы болуы мүмкін. Сондықтан, ИҚ спектрде оның құрылымды элементі
үшін сипаттамалы зат сызықпен немесе жұтылу сызығымен бақыланады.
Белгісіз материалмен белгілі этолонның спектрмен ИҚ спектріндегі салыстыру
мықты зерттеу инструменті болып табылады. Идентификация материалы ушін
эталон спектірінің қатыспауын, көптеген құрылымды элементтері сипаттамалы
жұтылу сызығы ие болғаны үшін қолдануға болады. Бұл ИҚ спектроскопия
заттағы атом байланысының инфрмациясын беретінін және біз дайын аморфты
гидрогенизирленген көміртекті қабықшаның құрылымды элементтері жайлы
білуіміз мүмкіндігін білдіреді.
17
Сурет 5. Молекуланың тербеліс схемасы (тербеліс процесіндегі атомдардың
ауысуы нұсқағышпен көрсетілген).
Егер атом тербелісі иілуде немесе созылуда болатындай, молекуланың
дипольды моменті өзгеріспен алып жүрілсе, онда молекула сәулені ж ұтады.
Энергия жұтылған квант жиілігін есептеу үшін әдетте Хук заңын пайдаланады.
ν osc
m m2
k 1
2π
m1m2
(1)
мұнда, К-байланыс энергиясын сипаттайтын,константа, m1 және m2
молекуладағы атом массалары.
Бұл теңдеуден, К үлкен байланыс күшті кезде, жарық кванты өте үлкен
жиілікпен жұтылатынын білеміз. Сол себепті, екілік байланыс жағдайында,
мысалы, С=С қарапайым байланысына қарағанда, С-C жарық кванты өте
жоғары энергиямен жұтылады. Тұндыру процессіндегі a-C:H қабықшасында
ендірілген сутегі, көміртегі атом күйіндегі sp2 және sp3 байланысын
қадағалайды және талапқа сай CH және C-C, a-C:H қабықшасындағы
байланысын қадағалайды.
Көптеген зерттеулерде аморфты көміртегінің қабықшасы сутегі мөлшерін
ұстай алады (HC1, 50% жоғары). Сутегі концентрациясы әдетте
детектирленген және ИҚ спетроскопия әдістері арқылы анықталады.
Қабықшадағы сутегінің құрамын анықтау үшін ИҚ әдісінде С-Н
тербелісті байланыстың жалпы жұтылуын қолданылады. Сондықтан, ИҚ әдісі
қатысты концентрацияны білу инструменті болады, абсолютті түзету өте қиын
болады. Егер ИҚ әдісі тек қана сутегінің химиялық байланысын анықтағанда,
басқа әдістердің көбісі сутегінің толық құрамын анықтай алатын еді. Сутегінің
30-50% көміртегімен байланысты емес, сондықтан сутегі химиялық активті
емес. Бұл әлсіз байланысты сутегі ішкі қабатқа хемисорбирленген немесе ішкі
кластерде бар болуы мүмкін.
18
ИҚ спектроскопия әдісімен сутегі байланысының концентрациясын ғана
емес, байланыстың ерекшелігін де анықтауға болады. С-Н байланысындағы
тербеліспен байланысқан ИҚ спетріндегі жұқа құрылымды қабықшасындағы
сутегі, моногидрид сияқты енгізілді. Бұған кері сутегі құрамды жұмсақ
полимертектес қабықшада дигидридке қатысты жоғары концентрациясына
әкеледі.
6 - cуретте ИҚ жұтылу спектірі a-C:H сызығының қабықшасы, 3100 ден
2850см-1 облысындағы С-Н және С-С суперпозиция 1620 және 700см-1
облысындағы майысу тербелісі келтірілді.
a-C:H қабықша жұтылуы және 2800 ден 3100см -1 интервалындағы
табылғандар CH, CH2 және CH3 байланыс тобындағы созылған тербеліске
қатысты сызығы табылды. Әрбір қабықша үшін толық шың жұтылуы, кестеде
келтірілген, толқын ұзындығында, гауссты функциямен көрсетілгендер
индивидуалды шыңда орналастырылды.
Барлық байланыстар бірдей жұтылу ықтималдылығына ие екендігін
болжайды. a-C:H қабықшадағы сутегінің толық құрамы ИҚ жұтылу
спектіріндегі сызық ықпалдау жолымен анықталды. Elastic recoil detection
analysis (ERDA) әдісімен байланысқан және байланыспаған сутегі сияқты
конценрациясы анықталды, сонымен сутегі конценрациясы үлгіден үлгіге
ерекшеленеді.
Сурет 6. а-С:Н қабыршағының ИҚ жұтылу спектрі
Кесте 3 – ИҚ спектрдегі а-С:Н қабықшаның СН, СН 2 және СН3
байланыстардың созушы тербелістерінің шыңының жағдайы (2800 – 3100 см-1
арлығында).
Толқындық
(см-1)
2850
2870
2915
сан Тербелістер моды
sp3 CH2 -sym.
sp3 CH3 -sym
sp3 -CH
19
Кесте 3 жалғасы
925
2950
2970
3000
3020
3055
sp3 CH2 -asym
sp2 CH2 -sym
sp3 CH3 -asym
sp2 CH -olef
sp2 CH2 -asym
sp3 CH -arom
a-C:H қабықшасында (4 кесте) С-Н байланыс жұтылу шың жағдайы
көрсетілді [32]. Тербеліс модтары Н парциалды қысымның және толық жұмыс
газ қысымының (R = РнРполн.) тәуелділігімен көрсетіледі. Ең төменгі мағынада
әр түрлі мод тербелісінің салыстырмалы үлесі R-ге тәуелді емес. Біра қ үлкен Rде жасалған қабықша sp3 байланысты көміртегі сутегінің бірнеше атомына
бірігіп, позицияның аз үлесін ұстап және көбірек қысылған болады.
Алмазтектес көміртегінің тәжірибелік қолдану көзімен қарағанда оның екі
ерекшелігі бар: 1700кгмм2 құрайтын микроқаттылығы, сапфирдің
микроқаттылығынан қаттырақ және үйкеліс коэфициенті төмен [24]. a-C:H
микроқаттылығы зерттелінген СH4+Ar атмосферасында плазмохимиялық
орналастыру
арқылы
жасалынды.
Қабықшаның
микроқаттылығы
микротолқынды қуат және ЖЖ-ығысу бойымен өсетіні анықталды.
Қабықшаның микроқаттылығы a-C:H қабықшасында құрылымды өзгеріске
бола, газ арақатынасының өзгерісінде 720-дан 1830 кгмм2 дейін өсуі мүмкін
екендігі белгіленді.
Кесте 4 2800-ден 3100 см-1-ге дейінгі интервалда ИҚ спектріндегі а-С:H
қабықша С-H байланысының созылмалы тербеліс шыңының жағдайы
Толқындық
(см-1)
2830
2850
2870
2900
2930
2955
2970
3000
3020
3050
сан
Тербелістер моды
sp3 CH -aldeyd
sp3 CH2 -sym.
sp3 CH3 -sym
sp3 CH
sp3 CH2 CH -asym
sp3 CH2 -olef
sp3 CH3 -asym
sp3 CH -olef
sp2 CH2 -olef
sp3 CH -arom
Жарық шашырауының камбинационды спектрі және a-C:H аморфты
қабықшасының фотоэлектронды және электронды спетроскопиясы. КРС
әдісімен (қоздыру көзі есебінде 418 және 514 нм толқын ұзындығымен аргонды
20
лазер қолданылды) a-C:H лазерлі бу импульсті әдісімен дайындалған
қабықшасы зерттелінді. a-C:H қабықша КРС спетрмен Лоренцтің екі
функциясымен реттеледі. Оларға поликристаллдық графиттің бірінші ретті
сызығы болатын типті D-(1355 см-1) және G-(1580-1590 см-1) сызықтар пайда
болады. a-C:H қабықшасындағы КРС спектіріндегі өзгерісін, сутегі ендіретін
және температура бойымен болатын, құрылымды модификациясының
бақылануы үшін пайдаланды. КРС спектіріндегі жаңа дайындалған қабықша,
sp3 және sp2 байланысты көміртегіден тұратын, a-C:H қабықшасы үшін типті
максималды жақын 1500 см-1 кең жолаққа ие екендігі белгіленді. Бұл шың
кластер арасындағы ендірілген ақауымен немесе қабатпен немесе аморфты
графитпен шақырылуы мүмкін екендігі болжамды және бұл жерде a-C:H
алмазтектес қабықшасы үшін сипатты болып табылады. Бұл процесс 500 0С
төмен температурада аморфты сутегінің қатысуымен ұзарады. 500 0С ден
жоғары температурада сутегі эффузиясы болады және графитизация процессі
жаңартылып отырады. Бұдан басқа зерттелінген қабықшада сутегі
эффузиясымен себеп болған орташа өлшемдегі кластерлердің азаюы
қалыптасты.
Вакуумды доғалық разрядты әдісімен дайындалған, алмазтектес көміртегі
қабықшасындағы байланыс құрылымын детальды анықтау үшін XPS
пайданылды. Қозғалғыштық шыңның химиялық шамасын берілген атомның
эффективті өзгеріс жағдайы ретінде XPS анықтайды. С 1 шың жағдайы алмаз
үшін 285,5 эВ да табылады, графит 284,15 эВ үшін шың жағдайына қарағанда
болжаммен 1,35 эВ жоғары.
Графиттің ионды тозаңдатуының гидрогенизирленген аморфты
көміртегінің процесс бойында көміртегінің тездетілген ион термолизациясының
нәтижесінде алмазды кластердің қалыптасуы үздіксіз бақыланды. a-C:H
қабықшасы 100 кэВ электрон энергиясымен жарықтандырылған электронды
микроскопия (transition electron microscopy-TEM) әдісімен зерттелінді.
Микросуреттен рамкалы қабықша флутуация теориясымен алмазды
кристаллының өлшемі анықталды.
2.3 a-C:H қабықшасына қоспа енгізу үшін қолданылатын әдістер
Ионды имплантация әдісі. 1013 нен 5*1016 см-2 дейін дозалы және 110 кэВ
энергиямен Fe+ иондар имплантирленген алмазтектес гидрогенизерленген
көміртегі қабықшасының сипаттамасы зерттелінеді. Жоғарыланған 5*1014
немесе 1015 см-2, мөлшер негізінде имплантациясы орнатылды, қабықша
кедергісі және оның ИҚ-мөлдірлігі төмендейді. Бірақ, аз мөлшер кезінде
легирленген кедергі алғашқыда азаяды, сосын мөлшермен көбейеді және a-C:H
қабықшасының
кедергісі
легирленбеген
қабықшасының
кедергісін
жоғарылатады. Бұдан басқа, аз мөлшер облысында, қабықшаның ИҚ мөлдірлігі
көбейеді. Көп мөлшер кезінде 5*1014 немесе 1*1015 см-2 легирленуі қабықшаның
электрлік және оптикалық қасиетінің өзгерісі байқалынды. Бұл қасиеттерінің
өзгерісі байланыс бұрышының азаюы, sp2 жәнe sp3 байланысының мөлшерінің
азаюы сияқты түсіндіріледі.
21
Лазерлі булану әдісі. a-C:H қабықшасын көміртегіден комбенирленген
нысанмен ортақ легирлеу жолымен және фосфорды эксимерлі импульсті лазер
сәулесімен зерттелінді. Фосфор концентрациясы қабықшада 1 ден 7 ат% дейін
өзгерілді. Нысанадағы фосфор құрамы бойымен 1 ат% дейін қабы қшаны ң
кедергісі өседі. 5% фосфор құрамының кейінгі көбеюі қабықша кедергісінің
монотонды азаюына әкеледі. a-C:H қабықшасының құрылымына 5% дейін
фосфор енгізгенде оларды легирленуіне әкеледі, қабықшаның құрылымы ж әне
олардың электронды қасиеті негізгі зерттеуді қорытындылайды. Фосфордың
концентрациясы кейінгі көбею кезінде a-C:H P тиым салын ған аума қты ң
оптикалық енінің азаюына әкелетін қабықша құрылымының графитазациясы
болады.
Ионды плазмалы тозаңдату әдісі. (80% Ar және 20%H) аргон сутегі қоспа
газымен атмосферада қорғазынды нысана және графитті тозаңдануымен
біріккен магнетронды ионды плазмалы әдістерімен, a-C:H қабықшасы алынды.
a-C:HCu қабықшаның оптикалық және электрлік қасиеті зерттелінген
микроқұрылым. Қабықшадағы қорғасын нанокластерлер біршама концентрация
қатарына дейін әртүрлі формаға ие, бірақ қатарлы концентрациясы
жоғарылағаннан кейін олар сфералық форма қалыптастырады. Берілген
эксперименталды негізінде және перколяция теориясын қолдануында
қалыптасты. Ni,Cu және Pt құралатын, a-C:H қабықшалар әртүрлі тұндыру
шартымен тұрақты тоқта тозаңдану әдісімен алынды. Металлға қоспа
ендірілгенде, a-C:H аморфты матрицада әртүрлі өлшемді нанокластерлер
жасалынады. Магнетронды тозаңдату әдісімен a-C:HAg қабықшалары
алынды. Бұл қабықшалар биологиялық мақсат үшін зерттелінді. Олар
биологиялық обьектімен жақсы қосарланады және қатар қолдану a-C:H
қабықшада күміс мөлшер бойымен өседі.
Ar+CH4 плазмадағы жоғары жиілікті тозаңдату a-C:HPt әдісімен
қабықшалары жасалынды. Құрамы, тұндыру жылдамдығы, КРС спектрі ж әне
жасалынған қабықшаның микроқұрылымы 3ке тең, ArCH 4 арақатынасында
a-C:HPt қабықшаның құрылым өзгерісінің бақыланатыны айқындалды. a-C:H
ге Pt енгізу бұл қабықшалардың механикалық және электронды қасиетінің
жақсаруына әкеледі.
2.4 Алмазтектес көміртегінің электрондық қасиетінің қазіргі заманғы
мәселелер модификациясы
Соңғы жылдары ретсіз құрылымды көміртегіге және оның қасиетінің
модифицирлеу мәселесіне жалпы қызығушылық байқалып отыр. Қазіргі
уақытта, ретсіз құрылыммен әртүрлі көміртегіге көп түрлілік қалыптасты және
тек қана аморфты көміртегі емес, соның негізінде құралған толық материал
класы туралы айтуға болады. сол себепті, аморфты көміртегі электронды
қасиетінің модификация мәселесі, алғашқы зерттеулерге қарағанда көбірек кең
көлемді болады. Осы мәселе шешімінің әр түлі жолы бар екені белгілі. Әрбір
жағдайда a-C электронды қасиетінің модификацияға әректі жасап шығарылады.
22
Бұған әдістің көптүрлілігі және a-C аморфты қабықшаның алу спецификасы
қосылады.
Аморфты көміртегінің көптүрлілігі формасынан өзінің қызықты
қасиетімен a-C:H гидрогенизирленген аморфты алмазтектес көміртегі болып
көрінеді. Ең алдымен,бұл өзінің механикалық қасиетімен табиғи алмазға, оны
материал негізінде алу мүмкіндігіне байланысты. Аморфты гидрогенизерленген
көміртегі, антифрикционды қасиетке оптикалық және қатты мөлдірлік
жабындысын алу үшін перспективалық материал болып табылады. Бұдан басқа,
a-C:H қабықшасы квантты өлшемді эффектілер пайда болатын наноқұрылымды
материал сияқты маңызды қызуғышылық көрсетеді.
КРС пен ИҚ спекроскопиямен берілген үлгі алмазтектестeс a-C:H
наноқұрылымды бірлік sp2 валентті байланысының конфегурациясымен 5-20 A0
дейінгі өлшемнен графиттектес кластерлер болып табылады. Бұл кластерлер sp 3
конфигурация байланысымен алмазтектес материалға орналасады. a-C:H
қабықшасындағы өлшемді квантталу, графитті жартылай металдан жартылай
өткізгішке айналдыра отырып, графиттектес нанокластерді электронды
спектрде тиым салынған аумақтың пайда болуына алып келеді және a-C:H
қабықшасының оптикалық жұтылу шекарасын анықтайды.
a-C:H электронды қасиетінің кең таралған модифкация тәсілі қазіргі күнде
қоспалы металлдың ендіруі болып табылады. Ережеге сәйкес, металл қоспасы
анықталған дәрежеде a-C:H қабықшаны электронды және механикалық
қасиетіне әсер етеді. Сондықтан, бұл әсер көміртегімен металл қалыптасуына
байланысты. Әдебиеттерде, аморфты алмазтектес көміртегінің әртүрлі
металлқұрамды қабықшасы ретінде қарастырылады. Рентгендік зерттеулердің
келісімімен Ta,Ti,V,W,Mo,Nb құрамды a-C:H қабықшада, a-C:H матрицасына
енгізілген карбид металының аз кристаллдық кластері қалыптастырылады. Au,
Ag немесе Cu cияқты некорбид қалыптастырған металл қолдануымен,аморфты
алмазтектес көміртегі матрицасында 3 тен 10 нм дейінгі диаметрмен металл
кластерлері пайда болады.
Келтірілген мысалға байланысты, a-C:H қабықшаның қасиеті қоспалы
металл енгізу жолымен модифицирлеуге болады. Металл типтік немесе a-C:H
де пайыздық құрамын өзгерте отырып, жаңа қасиетті алмазтектес көміртегі
алуға болады.
Бұдан басқа, күшті дәрежедегі алмазтектес көміртегі қабықшасының
қасиеті a-C:Н аморфты матрицадағы координирленген байланысының sp 2 және
sp3 ара қатынасына тәуелді емес. Сондықтан, бұл ара қатынас a-C:H қабықша
тұңдыру шартына тәуелді екені байқалды. Басқа сөзбен айтқанда қабықша
тұңдыру шартын өзгертіп, a-C:H құрылымда байланыс sp2 және sp3 ара
қатынасын өзгертуге болады, нәтижесінде a-C:H қабықшаның қасиетін
құрылымды модификацияға жеткізеді. Сондықтан, қоспалы сияқты
алмазтектеас көміртегінің электронды қасиетінің құрылымды модификациясын
перспективті жүзеге асыру басталады. Қоспа ретінде күміс таңдалынды, ең
әлсіз зерттелген металл модификатор сияқты, жаңа электронды қасиетті
алмазтектес көміртегі және оның практикалық қолданысының таралу облысы
көзімен танымал
23
2.5 a-C:H қабықшасын жасау технологиясы және зерттеу әдісі
Жоғары айтылғандай, a-C:H қабықшасының қасиеті мен құрылымы
жасалу шартына байланысты, өз кезегінде технологиялық құрылғы параметріне
тәуелді. Сондықтан, қабықша жасалу технологиясын тереңірек қарастырып
көрейік.
Магнетронды тозаңдату. Тұрақты токтағы қарапайым тозаңдану екі
электродты жүйеде тозаңдатылған материал нысана болып табылады, ол
катодта араласады. Сосын камераға жұмыс газы жіберіледі. Анод пен катод
арасындағы қолданылатын өріс ионизационды аргон атом шақырады және
тартылыс разряды пайда болады. Аргонның зақымданған оң ионы үдетіліп, оны
тозаңдата отырып нысананы атқылайды. Бірақ тұрақты токтағы қарапайым
тозаңдатылған жүйеде орналастыру жылдамдығы жеткілікті жоғары емес,
сондықтан магнетронды тозаңдатылған жүйе қолданылады.
Магнетронды тозаңдану кезінде тозаңдатылған нысаның бетіндегі
электрлік өріске перпендикуляр магнитті өріс қолданылады. Магнитті өрісті
қолдану инертті газдың ионизационды атомының концентрациясының көбеюіне
әкеледі. Қорытындысында, магнетронды тозаңдану кезінде тозаңданудың ток
тығыздығы, тұрақты токтағы қарапайым диод жүйесіне қатысты бір екі реттікке
көбейеді.
7-суретте тұрақты токтағы магнетронды тозаңдатылған жүйесінің
схемасы көрсетілген. Поликристалдық графиттегі нысана тұрақты магнитте
құрастырылып тозаңдатылған жүйеде камотқа қызмет етеді. Көміртегі
қабықшасын алу үшін 99,99% таза графит қолданылды. Ал, Ag қоспалы
қабықшасын алу үшін және графит ауданымен байланысты графит күміс
комбирленген нысана қолданылды. Ar 80%+ H 2 20% қоспасы жұмыс газының
қызметін атқарады. Тозаңдату процесіндегі газ қысымы тұрақты ұсталды және
1па құрды. Анод тотықпайтын болаттан цилиндрлік форма алды және тұрақты
токтың оң полюсті көзіне жалғанды. Тотықпайтын болаттан жасалған төсеніш,
ұстағыш разряд тұрақтандырғыш үшін қондырылды. Әдетте, нысана және
төсеніш қарама қарсы орналасады. Төсеніш есебінде кварцтың, шыныны ң ж әне
кремнийдің полирленген пластиналары қолданылды. Төсеніш ұстағышының
конструкциясы 50 ден 3000 C дейінгі интервалда төсеніштің температурасын
өзгертуге және ұстап тұруға мүмкіндік берді. Жаңадан жасалынған қабықшаны
вакуумда бір сағат көлемінде күйдірілді. Алынған қабықшаның қасиетін,
орналастыру процесінің жылдамдығын және шыққан атомның энергиясын
анықтайтын I тозаңдату тобы және берілген кернеу қадағалайды. Бұдан басқа,
a-C:H алынған қабықшаның құрамына жұмыс газының қысымы әсер етуі
мүмкін. Төсеніш температурасы да қабықша қасиетіне, құрылымына,
тығыздығына қатты әсер етуі мүмкін.
Ионды плазмалы разрядының вольт амперлі сипаттамасы және разряд
тоғының тәуелділігі және жұмыс газы қысымынан R плазма кедергісі
нысананың материал тозаңдану коэффициентімен байланысты екенін көрсетті.
Бұл сипаттамаларды өлшеу жолымен тозаңдану процесіндегі жұмыс режимі
таңдалынды.
24
1- тозаңдану камерасы, 2-тосеніш ұстағышы, 3-төсеніш, 4-анод, 5- нысана (катод), 6анод үшін тефлонды ұстағышы, 7- магнит, 8- газ жіберу үшін кіріс, 9-тұрақты тоқ көзі, 10шығару сызығы
Сурет 7 тұрақты тоқтағы магнетронды тозаңдану жүйе схемасы.
8-cуретте жұмыс газының әр түрлі қысымдағы ион плазмалы разрядының
вольт амперлік сипаттамасы келтірілді. Анодта кернеудің көбеюімен разряд
тоғы өсетінін көруге болады және бұл тозаңдату коэффициентінің үлкеюіне
әкеледі.
25
9-cуретте разряд тоғының тәуелділігі және газ қысымынан плазма кедергі
көрсетілді. Газ қысымының өсуімен разряд тоғы өсетіні көрініп тұр, ал разряд
тоғына кернеу ара қатынасы сияқты анықталатын плазма кедергісі төмендейді.
10-cуретте төсеніш пен нысана арасындағы әр түрлі ара қашықтықтағы
(3,5 және 7см) P=1Па газ қысымы кезіндегі ион плазмалы разрядының вольт
амперлік
сипаттамасы
көрсетілді.
Жасалынған
зерттеулер,
a-C:H
қабықшасының технологиялық процестің оптималды параметрлермен алынуы
анодтағы 500B кернеуі, тозаңдату 24 mA тоғы, 5cм төсеніш ж әне нысана
арасындағы ара қашықтық және жұмыс газының қысымы, төсеніш
температурасы 2000С болып табылады. Тозаңдату процесіндегі мұндай
параметрлер ион-плазмалы разряд тұрақтылығын және алмазтектес
көміртегінің жақсы сапасын қамтамасыз етеді.
Сурет 10 – төсенішпен нысана арасындағы әр түрлі ара қашықтық және Р=1Па
жұмыс газының қысымындағы ион плазмалы разрядтың вольт амперлі
сипаттамасы
26
a-C:H қабықша қалыңдығының анықталуы. Өте жұқа қалыңдықпен және
жоғары қаттылығымен байланысты алмазтектес көміртегі қабықшасының
анықталуы мәселесі бар. Осындай қабықшаның қалыңдығын анықтау үшін
қолданылатын әдістердің бірі, 1 нм ден бірнеше микронға дейін қабықшаны ң
қалыңдығын бұзбай өлшейтін эллипсометрия әдісі болып табылады.
ӨЛШЕУ АСПАПТАРЫ
СФ-26 жұмыс істеу принципі
Кез келген заттың жұту спектрін алу үшін жалпы тәжірибелік сұлбада
келесі құралдар керек:
а) сәулелену көзі,
б) сәулеленудің тұтас немесе күрделі спектрінен толқын ұзындықтары
белгілі бөліктерін айыруға мүмкіншілік беретін қондырғы,
в) өткен сәулеленудің интенсивтігін өлшейтін және тіркейтін қондырғы.
Осы жұмыста СФ-26 спектрофотометрі қолданылады. 3-ші суретте СФ26-ның сқлбасы келтірілген.
Объектив – ол фокустық қашықтығы 500 мм сфералық айна.
Дисперсиялайтын призманың сыну бұрышы 30o, негізі 30 мм және тиімді
диаметрі 44 мм [18].
Призма, линзалар және қоршайтын пластинкалар спектрдің ультракүлгін
аумағында өткізу коэффициенті жоғары кварц шыныдан жасалған.
Спектрофотометр спектрдің кең диапазонында жұмысын істеу үшін екі
фотоэлемент және тұтас спектрді беретін екі сәуле көздері қолданылады. Кварц
шыныдан терезесі бар сурьма-цезий фотоэлементі спектрдің 180 нм-ден 650нмге дейінгі аумағында, ал оттегі-цезий фотоэлементі спектрдің 600 нм-ден 1000
нм-ге дейін аумағында өлшеу үшін қолданылады. Бір фотоэлементпен өлшеуден
екінші фотоэлементінен өлшеуге көшу керекті толқын ұзындығы
спектрофотометрдің паспортында көрсетіледі.
Дейтерий лампысы спектрдің 186 нм-ден 350 нм-ге аумағына дейін, қызу
лампасы спектрдің 340нм-ден 1100нм-ге дейін аумағында жұмыс істеуге
қолданылады. Градуирлеуді тексеру үшін сынап-гелий лампасы қолданылады.
Берілген спектральды диапазон өлшеміне сәйкес фотоэлемент пен
сәулендіру көзін жұмысқа дайындық жағдайына қою қажет. Тұтқаны 53 ЗАКР
жағдайына қойып фотоэлемент жабылады. 30 тұтқаның көмегімен саңылаудың
ені 0,1 мм бекітілуі тиіс. Тумблер СЕТЬ 48 қосу қажет, сол кезде тандалып
алынған сәулендіру көзіне сәйкес сигналды лампа СЕТЬ, дейтерийлік лампа Д
және қызу лампасы Н жануы қажет. Спектрофотометр қосылғанынан 1 сағат
өткеннен соң оның тұрақты жұмыс істей бастайды. Қызу лампасынан кейін
дейтерийлік лампаны қосу үшін тұтқа 34 көмегімен ауыстыра- қосу керек,
сосын 1 минуттік қызудан кейін лампа автоматты түрде жанып, және онымен
бірге алдыңғы панельдегі индикаторлық лампа Д жанады. Спектрофотометр
СЕТЬ тумблеры көмегімен сөндіріледі [28].
27
1 немесе 1' cәуле көзінен сәулелену айналы конденсаторға 2 түседі, ол оны жазы қ айнымалы
айнаға 3 бағыттайды да кіру саңылауының 5 жақын орналасқан линза жазығында 4 сәуле
көзіннің кескінін береді. Кіру саңылауыннан өткен сәулелену айналы объективке 6 түседі де
оның алюминиймен жабылған қырына шағылысып дисперсияланған шоқ кейін қарай
объективке бағытталады да кіру саңылауынның үстінде орналасқан шығу саңылауында 8
фокустеледі. Призма айналған кезде толқын ұзындықтары әр түрлі монохроматтық сәулелену
шығу саңылауынан 8, линзадан 9, бақылайтын немесе өлшенетін үлгіден, линзадан 10 өтеді
де айнымалы айнаның 11 көмегімен 12 немесе 13 фотоэлементердің біреуіні ң жарықсезгіш
қабатында жиналады.
Сурет 9 –Қондырғының оптикалық сұлбасы
Монохроматордың оптикалық сұлбасы - автоколлимациялық.
Қабықшалардың оптикалық константалары және қалыңдықтарын
спектральдік интерференция әдісімен бақылау
Спектральдік интерференция әдісінің мәні белгілі спектральдік
құрамдағы сәулелік ағынды қабықшаға бағыттаудан тұрады, содан соң өткен
немесе
кескінделген
сәулеленудің
спектральді
құрамының
интерференциясының нәтижесіндегі
өзгерісті сараптағанда
қабықша
материалының оптикалық константа мен қалыңдығын анықтайды. Химиялы қ
құрамы мен толқын ұзындығының сарапталған аймағына байланысты
қабықшадағы сәулеленудің жұтылуы интерференцияға қолайлы азғанадан
басталып, қабықшалар мөлдір емес және интерференция орындалмайтын
жағдайға дейін болады.
1 мкм қалыңдықтағы а-С:H қабықшалары күн батареяларында жасауда
кеңінен қолданылады. Бұл ретте осы материалдың өте жақсы фотоөткізгіштігі
және күн спектрінің көрінетін аймақ шегіндегі оптикалық жұтылудың жоғарғы
коэффиценті қолданылады. Жалынсыз разряд плазмасында газдық қоспалардың
негізі мен СH4 метанды ыдырату кезінде қабықшалар орналастырылады.
Френельдік сәулеленудің есебінсіз түсірілген мөлдірліктің сипатына сай 750 нм
толқын ұзындығындағы а-С:H қабықшаларының ысырабы өте аз. Туыстас
28
материал монокристалдық кремний λ 750 нм – де өте төмен мәндегі экстинция
коэффиценті k
0,003 болады. Бұл жағдайда, нақты ортадағы ǹ сынудың
кешенді көрсеткіші үшін белгілі мәнді k экстинция коэффицентімен қажетті
дәрежеде елемеуге болады:
ǹ = n + ik
(7)
мұндағы n – сыну көрсеткішінің заттық бөлімі, ол берілген ортада
фазалық жылдамдықпен вакуумдегі электромагниттік толқындардың
жылдамдығының қатынасына тең.
Егерде толқын ұзындықтары λ1 және λ2болғанда, кез келген бір типті екі
көршілес экстремумдар m интерференция реті бойынша тек бірлікке ғана
ерекшеленсе, ал қабықшаның физикалық d қалыңдығы спектрді түсіріп алған
кезде өзгеріссіз болған жағдайда λ1 және λ2 үшін резонанс шарттары бойынша
келесі екі мән орындалады:
n1d = mλ1 2
және
n2d = ( m+1) λ2 2 ,
(8)
мұндағы n1 және n2 - λ1 және λ2 сәйкес сыну көрсеткіштері. d қатысты
берілген теңдікиі шешу барысында, мынаны аламыз:
d = λ1 λ2 2( λ1 n2 - λ2 n1
(9)
Бұл мәнде материалдың мөлдірлігінің абсолютті шамасы болмайды, сол
себепті, ол өтіп жатқан жарықтағы түсірілген спектрге сияқты, сәулеленуді
кескіндеу нәтижесінде алынған спектрге де жарамды.
(3) формуласымен қалыңдықты анықтау үшін λ1 және λ2 өлшеу керек,
олар бір типті көршілес экстремумдардың күйлеріне сәйкес, сонымен қатар,
осы толқын ұзындықтарындағы n1 және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz