Исследование структурно-морфологических свойств поликристаллических углеродных пленок (1103264), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Следует отметить, что влитературе подробно описаны свойства аналогичных пленок, полученных при осаждении сиспользованием других методов активации газовой среды. Исследования подтвердили, чтомикрокристаллические углеродные пленки, полученные в данной работе аналогичны посвоим свойствам материалам, описанным в литературе, что позволяет рассматриватьполученные в работе выводы в качестве общих закономерностей для различных типов ПХОпроцессов.Рис. 2.
Результаты исследования поликристаллических алмазных пленок методомдиэлектрическойспектроскопии.Слеваприведеназависимостьмнимойчастидиэлектрической проницаемости от температуры и частоты внешнего электромагнитногополя. Изотермические срезы поверхности имеют два явно выраженных локальныхмаксимума. Справа приведены диаграммы Аррениуса для координат этих максимумов.Наклон линеаризированной зависимости на диаграмме указывает на величину энергииактивации процесса проводимости.Данные диэлектрической спектроскопии (см.
рис. 2) указывают на прыжковый типэлектронной проводимости в пленках с энергиями активации 0,06 ± 0,01 эВ и 0,17 ± 0,04 эВ,что совпадает с аналогичными результатами о параметрах проводимости, описанными влитературе. На основании анализа экспериментальных результатов сделан вывод о том, чтоосновными проводящими путями в поликристаллическом алмазе являются границы зерен,представляющие собой области разупорядоченного углерода с преимущественно графитным11типом межатомных связей. При повышении температуры от 200 до 400К наблюдалисьизменения спектров диэлектрических потерь, свидетельствующие об изменении типаосновных носителей заряда. Эти наблюдения также находятся в согласии с литературнымиданными.Оптические спектры исследовавшихся алмазных пленок указывают на их высокуюдефектность (см.
рис. 3). В отличие от спектра чистого алмаза, имеющего постояннуюоптическую проницаемость вплоть до края фундаментального поглощения, оптическаяпроницаемость исследовавшихся нами пленок монотонно падает с ростом энергии квантов вшироком спектральном диапазоне.Рис.
3. Оптический спектр пропускания поликристаллической алмазной пленки, полученнойметодом ПХО. Для сравнения приведен теоретический спектр идеального монокристаллаалмаза.ИК-спектры поглощения, полученные для таких пленок, практически повторяютспектрыидеальных монокристалловалмазазаисключениемлиний,связанных сколебательными возбуждениями С-H связей. Появление этих линий естественно связать сналичием в пленке относительно большого количества водорода, что кажется естественнымследствием метода их получения из метан-водородной плазмы.В третьем параграфе описываются результаты исследования структурных дефектовнанокристаллическогографита.Входетермогравиметрическихисследованийбылообнаружено, что нанографитные пленки являются многокомпонентными.
Были установленытемпературные диапазоны газификации в результате окисления различных компонент.Полученная информация была в дальнейшем использована при разработке методикиселективного окисления.Образцы нанографитных пленок, подвергнутых термическому окислению приразличных температурах, анализировались с помощью электронной микроскопии. Было12установлено, что общие закономерности окисления нанокристаллов графита совпадают, заисключением некоторых деталей, с закономерностями окисления обычного массивногографита. Воздействие кислорода сначала приводит к формированию углублений округлойформы на поверхности графита, которые с течением времени трансформируются в сквозныеотверстия шестиугольной формы.
Последнее обстоятельство отличает нанографитныепластинчатые кристаллиты от обычного графита, в котором формирование сквозныхотверстий не происходит. Наблюдаемая в некоторых случаях неправильная форма этихшестиугольных отверстий может объясняться существованием внутренних напряжений внанокристаллитах.Рис. 4. Результаты исследования окисления нанографитных пленок. Слева приводитсятермограмма нанографитной пленки для линейного нагрева в статической воздушной средесо скоростью нагрева 10º С/мин.
3 ступени на термограмме указывают на присутствие всоставе пленки 3 компонент, отличающихся по стойкости к окислению. Средняя ступеньсоответствуетдеградациинанокристаллическогографита.Справаприведеныизображения отдельных нанокристаллитов графита, соответствующие различнымстадиям процесса окисления.Полученные данные, в частности, представляют интерес для прогнозированияповедениянанографитныхавтоэмиссионныхкатодоввпроцессеизготовленияиэксплуатации электровакуумных приборов.
В связи с этим были проведены эксперименты поопределению зависимости автоэмиссионных характеристик нанографитных пленок отстепени их термической деградации при окислении на воздухе. Полученные результатыпоказали, что вплоть до момента полного разрушения порог автоэмиссии и плотностьавтоэмиссионного тока не зависят от степени окисления нанокристаллического графита.Данный результат является достаточно нетривиальным фактом, свидетельствующим овозможности использования нанографитных автокатодов в кислородсодержащих средах, атакже позволяющим сделать заключение о том, что механизм автоэмиссии из нанографита13обусловлен наличием острых кромок у отдельных эмиттеров, которые не изменяют своихгеометрических характеристик вплоть до полного разрушения этого углеродного материала.Особый интерес в рамках настоящего исследования представляли пленки, содержащиенанографитный материала, а также нанокристаллический и микрокристаллический алмаз вразличныхдолях.Четвертыйпараграфпосвященисследованиямструктурно-морфологических свойств таких пленок.Рис.
5. Сравнение термограмм, полученных для линейного нагрева в статической воздушнойсреде со скоростью 10ºС/мин: 1 – наноалмазная пленка, 2 – текстурированная наноалмазнаяпленка, 3 – поликристаллическая алмазная пленка.С помощью термогравиметрических исследований было установлено наличиеразличных форм углерода в составе пленок, а также определены условия, необходимые дляреализации методики селективного окисления для последующей модификации пленок и ихизучения методами микроскопии.
В частности на рис. 5 представлены характерныетермограммы, на основании которых можно выделить наиболее типичные разновидностиалмазных пленок: (1) состоящие из однородной наноалмазной фракции, интенсивноокисляющейся на воздухе при температуре, превышающей 600°С; (2) состоящие из смеси покрайней мере 2-х различных фракций (наноалмаз и микроалмаз), интенсивно окисляющихсяна воздухе при температурах выше 550°С, 700°С, соответственно; (3) состоящие изоднородной фракции микроалмаза, интенсивно окисляющейся на воздухе при температурахвыше 700°С.Полученные таким образом данные были использованы для изготовления образцовалмазных пленок, подвергшихся окислению при различных температурах.14Рис.
6. Результаты исследования процесса термического окисления наноалмазной пленки. 1 –исходный образец, 2 – образец после окисления (воздушная среда, 600º С, 20 минут). Слеваприведены РЭМ изображения, справа – КРС-спектры, нормированные по интенсивностиалмазной линии.Для определения изменений, происходящих в структуре материала при окислении, этиобразцы изучались с помощью РЭМ и КРС. В результате проведенного исследованиянаноалмазных пленок (см. рис. 6) было показано, что они образованы глобулами, каждая изкоторыхимеетдендритоподобный«скелет»,образованныйтонкиминитевиднымикристаллитами алмаза.Рис.
7. Результаты исследования процесса термического окисления текстурированнойнаноалмазной пленки. 1 – исходный образец, 2 – образец после окисления (воздушная среда,700º С, 20 минут). Слева приведены РЭМ изображения, справа – КРС-спектры,нормированные по интенсивности алмазной линии.15На это указывают как внешний вид пленок, так и значительное повышениеотносительной интенсивности алмазной линии 1333 см-1 в спектрах пленки после окисления.Характерные размеры нитевидных кристаллов алмаза, образующих «скелет» глобул, былустановлен с помощью ПЭМ.Результатыаналогичногоисследования,проведенногодлятекстурированныхнаноалмазных пленок (ТНП), содержащих на своей поверхности грани микронного размера вокружении разупорядоченного материала, позволили сделать следующий вывод – пленкиэтого типа состоят из двух фракций: нанокристаллической алмазной и микрокристаллическойалмазной.
При этом микроалмазная фракция образована кристаллитами алмаза правильнойпирамидальной формы (см. рис. 7).Анализ полученных экспериментальных результатов в совокупности с литературнымиданными позволил сделать заключение о механизме формирования поликристаллическихалмазных пленок (см. рис. 8).Рис. 8. Иллюстрация к описанию механизмов формирования в ходе ПХО алмазных пленокразличного типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
