Кластерная структура углеродных алмазоподобных пленок
УДК 539.234
Аннотация
Методами просвечивающей электронной микроскопии и спектрами комбинационного рассеяния света (Раман-спектроскопии) проведено исследование структуры углеродных алмазоподобных тонких пленок. Углеродные пленки были сформированы путем конденсации на подложки углерода из парогазовой фазы, полученной испарением графитовой мишени расфокусированным лазерным излучением с длиной волны 1064 нм. Данные электронной микроскопии свидетельствуют об однородности распределения кластеров, а межплоскостные расстояния, рассчитанные по рефлексам (111) и (220), свидетельствуют о кристаллической структуре кластеров как алмазной, но сильно искаженной. Электронные рефлексы от графитоподобных кластеров не обнаружены. Напротив, спектры комбинационного рассеяния света (спектры КРС) свидетельствуют о наличии кластеров графита, но не фиксируют алмазоподобные кластеры. Графитовые кластеры идентифицированы с помощью характерных G- и D-линий (полос). G-полоса связана с идеальной решеткой графитового кластера, в то время как D-полоса связана с искаженной и разупорядоченной кристаллической решеткой графитоподобного кластера. Отсутствие алмазной линии обусловлено малым размером кластеров, что приводит к появлению фононных мод с волновыми векторами q в диапазоне 0<q<1/L (L — размер алмазоподобного кластера). Таким образом, энергия нулевого фонона перераспределяется между фонон-ными модами, т.е. уширенная алмазная линия скрыта в низкочастотном «хвосте» D-полосы.
Скачивания
Литература
Robertson J., O’Reilly E.P. Electronic and Atomic Structure of Amorphous Carbon // Physical Review B. 1987. Vol. 35. No 6. P. 2946-2957.
Gilkes K.W.R., Gaskell P.H., Robertson J. Comparison of Neutronscattering Data for Tetrahedral Amorphous-Carbon with Structural Models // Physical Review B. 1995. Vol. 51. No 18. P. 12303-12312.
Inkin V.N., Kirpilenko G.G., Dementjev A.A. et al. A Superhard Diamond-Like Carbon Film // Diamond and Related Materials. 2000 Vol. 9. P. 715-721.
Xu S., Tay B. K., Tan H. S. et al. Properties of Carbon Ion Deposited Tetrahedral Amorphous Carbon Films as a Function of Ion Energy // Journal of Applied Physics. 1996. Vol. 79. No 9. P. 7234-7240.
Tay B.K., Sheeja D., Lau S.P. et al. Time and Temperature-Dependent Changes in the Structural Properties of Tetrahedral Amorphous Carbon Films // Surface and Coatings Technology. 2000. Vol. 130. P. 248-251.
Robertson J. Diamond-Like Amorphous Carbon // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2002. Vol. 37. P. 129-281.
Tay B.K., Shi X., Liu E.J. et al. Effects of Substrate Temperature on the Properties of Tetrahedral Amorphous Carbon Films // Thin Solid Films. 1999. Vol. 346. No 1-2. P. 155-161.
Jayatissa A.H., Sato F., Saito N. et al. Structural Properties of Carbon Films Deposited by Pulsed ArF Laser Ablation: Effects of Substrate Temperature, Bias and H2 Pressure // Materials Science and Engineering: B. 1998. Vol. 55. No 1-2. P. 143-152.
Pappas D.L., Saenger K.L., Bruley J. et al. Pulsed Laser Deposition of Diamond-Like Carbon Films // Journal of Applied Physics. 1992. Vol. 71. No 11. P. 5675-5684.
Петров С.А. О механизме зарождения вюрцитной фазы графита в пленках, осажденных в вакууме из лазерно-эрозионной плазмы // Вестник Брянского государственного университета. 2012. Сер. 1. № 1. С. 43-45.
Плотников В. А., Демьянов Б.Ф., Соломатин К.В. и др. Атомная структура углеродных нанопленок, полученных конденсацией из паровой фазы // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. T. 10. № 1. С. 50-55.
Старостенков М.Д., Лощина И.В., Демьянов Б.Ф. Исследование углеродных наноструктур с использованием потенциала Терцоффа // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2005. Т. 2. № 1. С. 62-67.
Hoffman A., Heim an A., Strunk H. P. et al. Microstructure and Phase Composition Evolution of Nano-Crystalline Carbon Films: Dependence on deposition temperature // Journal of Applied Physics. 2002. Vol. 91. No 5. P. 3336-3344.
Плотников В.А., Демьянов Б.Ф., Макаров С.В. Влияние синтеза интерметаллических соединений на процессы роста и консолидации нанокристаллов детонационного алмаза // Письма в журнал технической физики. 2009. Т. 35. № 20. С. 10-18.
Beghi M.G., Ferrari A.C., Teo K.B.K. et al. Bonding and Mechanical Properties of Ultrathin Diamond-Like Carbon Films // Applied Physics Letters. 2002. Vol. 81. No 20. P. 3804-3806.
Dwivedi N., Kumar S., Malik H.K., Superhard Behaviour, Low Residual Stress, and Unique Structure in DiamondLike Carbon Films by Simple Bilayer Approach // Journal of Applied Physics.2012. Vol. 112. No 2. P. 023518.
Lifshitz Y. Diamond-Like Carbon — Present Status // Diamond and Related Materials. 1999. Vol. 8. P. 1659-1676.
Bhargava S., Bist H. D., Sahli S. at el. Diamond Polytypes in the Chemical Vapor Deposited Diamond Films // Applied Physics Letters. 1995. Vol. 67. P. 1706-1709.
Tuinstra F., Koening J.L. Raman Spectrum of Graphite // Journal of Chemical Physics.1970. Vol. 53. P. 1126-1130.
Zaitsev A.M. Optical Properties of Diamond, Data Handbook. Springer, Berlin. 2001.
Hardy J.R., Smith S.D. Two-Phonon IR Lattice Absorption in Diamond // Philosophical Magazine. 1961. No 6. P. 163-1172.
Ramamurti R., Shanov V., Singh R.N. et al. Raman Spectroscopy Study of the Influence of Processing Conditions on the Structure of Polycrystalline Diamond Films // Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2009. Vol. 24. No 2. P. 179-189.
Миков С.Н., Иго А.В., Горелик В.С. Комбинационное рассеяние света на алмазных квантовых точках в матрице бромистого калия // Физика твердого тела. 1995. Т. 37. № 10. С. 3033-3038.
Magnus Lipp J., Valentin Garsia Baonsa, Wiliam Evans J. et al. Nanocrystalline Diamond: Effect of Confinement, Pressure and Heating on Phonon Modes // Physical Review B. 1997. Vol. 56. No 10. P. 5978-5984.
Joel Ager III W., Kirk Veirs D., Gerd Rosenblatt M. Spatially Resolved Raman Studies of Diamond Films Grown by Chemical Vapor Deposition // Physical Review B. 1991. Vol. 43. No 8. P. 6491-6499.
References
Robertson J., O’Reilly E.P. Electronic and Atomic Structure of Amorphous Carbon. Physical Review B. 1987. Vol. 35. No 6. P. 2946-2957.
Gilkes K.W.R., Gaskell P.H., Robertson J. Comparison of Neutronscattering Data for Tetrahedral Amorphous-Carbon with Structural Models. Physical Review B. 1995. Vol. 51. No 18. P. 12303-12312.
Inkin V.N., Kirpilenko G.G., Dementjev A.A. et al. A Superhard Diamond-Like Carbon Film. Diamond and Related Materials. 2000 Vol. 9. P. 715-721.
Xu S., Tay B. K., Tan H. S. et al. Properties of Carbon Ion Deposited Tetrahedral Amorphous Carbon Films as a Function of Ion Energy. Journal of Applied Physics. 1996. Vol. 79. No 9. P. 7234-7240.
Tay B.K., Sheeja D., Lau S.P. et al. Time and Temperature-Dependent Changes in the Structural Properties of Tetrahedral Amorphous Carbon Films. Surface and Coatings Technology. 2000. Vol. 130. P. 248-251.
Robertson J. Diamond-Like Amorphous Carbon. Materials Science and Engineering: R: Reports. 2002. Vol. 37. P. 129-281.
Tay B.K., Shi X., Liu E.J. et al. Effects of Substrate Temperature on the Properties of Tetrahedral Amorphous Carbon Films. Thin Solid Films. 1999. Vol. 346. No 1-2. P. 155-161.
Jayatissa A.H., Sato F., Saito N. et al. Structural Properties of Carbon Films Deposited by Pulsed ArF Laser Ablation: Effects of Substrate Temperature, Bias and H2 Pressure. Materials Science and Engineering: B. 1998. Vol. 55. No 1-2. P. 143-152.
Pappas D.L., Saenger K.L., Bruley J. et al. Pulsed Laser Deposition of Diamond-Like Carbon Films. Journal of Applied Physics. 1992. Vol. 71. No 11. P. 5675-5684.
Petrov S.A. On the Mechanism of Nucleation of the Wurt-zite Phase of Graphite in Films Deposited in Vacuum From Laser-Erosive Plasma. Bulletin of the Bryansk State University. 2012. Series 1. No 1. Р. 43-45. (In Russ.).
Plotnikov V.A., Demyanov B.F, Solomatin K.V. et al. Atomic Structure of Carbon Nanofilms Obtained by Condensation from the Vapor Phase. Fundamental Problems of Modern Materials Science. 2013. Vol. 10. No 1. P. 50-55. (In Russ.).
Starostenkov M.D., Loshchina I.V., Demyanov B.F. Investigation of Carbon Nanostructures Using the Tersoff Potential. Fundamental Problems of Modern Materials Science. 2005. Vol. 2. No 1. P. 62-67. (In Russ.).
Hoffman A., Heiman A., Strunk H.P. et al. Microstructure and Phase Composition Evolution of Nano-Crystalline Carbon Films: Dependence on Deposition Temperature. Journal of Applied Physics. 2002. Vol. 91. No 5. P. 3336-3344.
Plotnikov V.A., Demyanov B.F., Makarov S.V. The Effect of Synthesis of Intermetallic Compounds on the Processes of Growth and Consolidation of Detonation Diamond Nanocrystals. Letters to the Journal of Technical Physics. 2009. Vol. 35. No 20. P. 10-18. (In Russ.).
Beghi M.G., Ferrari A.C., Teo K.B.K. et al. Bonding and Mechanical Properties of Ultrathin Diamond-Like Carbon Films. Applied Physics Letters. 2002. Vol.81. No 20. P. 3804-3806.
Dwivedi N., Kumar S., Malik H.K. Superhard Behaviour. Low Residual Stress, and Unique Structure in DiamondLike Carbon Films by Simple Bilayer Approach. Journal of Applied Physics.2012. Vol. 112. No 2. P. 023518.
Lifshitz Y. Diamond-Like Carbon-Present Status. Diamond and Related Materials. 1999. Vol. 8. P. 1659-1676.
Bhargava S., Bist H. D., Sahli S. et al. Diamond Polytypes in the Chemical Vapor Deposited Diamond Films. Applied Physics Letters. 1995. Vol. 67. P. 1706-1709.
Tuinstra F., Koening J.L. Raman Spectrum of Graphite. Journal of Chemical Physics.1970. Vol. 53. P. 1126-1130.
Zaitsev A.M. Optical Properties of Diamond, Data Handbook. Berlin: Springer. 2001. 502 p.
Hardy J.R., Smith S.D. Two-Phonon IR Lattice Absorption in Diamond. Philosophical Magazine. 1961. No 6. P. 163-1172.
Ramamurti R., Shanov V., Singh R.N. et al. Raman Spectroscopy Study of the Influence of Processing Conditions on the Structure of Polycrystalline Diamond Films. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2009. Vol. 24. No 2. P. 179-189.
Mikov S.N., Igo A.V., Gorelik VS. Raman Scattering of Light by Diamond Quantum Dots in a Potassium Bromide Matrix. Solid State Physics. 1995. Vol. 37. No 10. P. 3033-3038. (In Russ.).
Lipp M.J., Baonsa V.G., Evans W.J., Lorenzana H.E. Nanocrystalline Diamond: Effect of Confinement, Pressure and Heating on Phonon Modes. Physical Review B. 1997. Vol. 56. No 10. P. 5978-5984.
Ager J.W. III, Veirs K.D., Rosenblatt G.M. Spatially Resolved Raman Studies of Diamond Films Grown by Chemical Vapor Deposition. Physical Review B. 1991. Vol. 43. No 8. P. 6491-6499.
Copyright (c) 2025 Владимир Александрович Плотников, Сергей Викторович Макаров, Евгения Владимировна Кустова, Ольга Сергеевна Мельникова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
