ОПТИЧЕСК РАЗРЯДА Золотухин А.А., Московский государ физический

АЯ СПЕКТРОСКО В CH 4 :H 2 ГАЗОВО Устинов А.О., Волков А.П., Обра ственный университет им. М. факультет

ПИЯ ПЛАЗМЫ Й СМЕСИ зцов А.Н. В. Ломоносова lly.phys.msu.ru

Введение Газофазное химическое осаждение (ГФХО) является одним из наиболее эффективных методов получения различных углеродных материалов. Фазовый состав, структурные особенности и другие свойства ГФХО пленок определяются условиями активации газовой смеси. В данной работе представлены результаты in-situ исследования процесса ГФХО углеродных материалов методом оптической эмиссионной спектроскопии (ОЭС). ОЭС плазмы газового разряда регистрировались при варьировании основных параметров ГФХО процесса, включая давление и состав газовой смеси. Состав, структурные характеристики полученных углеродных пленок изучались методами спектроскопии комбинационного рассеяния света и электронной микроскопии. Полученные данные были проанализированы с целью выявления корреляций между параметрами процесса ГФХО, ОЭС плазмы и характеристиками углеродных пленок, а также для определения механизмов формирования пленочных углеродных материалов различного фазового состава.

Схема процесса ГФХО Схема процесса ГФХО Вольфрамовый катод Плазма Подложка

Газовый разряд в смеси CH 4 :H 2 Газовый разряд в смеси CH 4 :H 2 a b c Характерный вид положительного столба в процессе ГФХО для чистого водорода (a) и водородо-метановой смеси при 8 % (b) и 25 % (с) CH 4. Давление газа 80 Торр. В качестве подложки использовалась Si пластина диаметром 50 мм, помещенная на анод установки. Напряжение разряда 650 В (а), 750 В (b), 850 В (c). Ток разряда 7 А (а), 6 А (b), 5 А (c).

Установка для регистрации ОЭС. Кварцевое окно Фокусирующая система линз Монохроматор Si фотодетектор Логарифмический усилитель Водоохлаждаемая камера ГФХО из нержавеющей стали

ОЭС плазмы в смеси CH 4 :H 2 Типичные ОЭС для чистого водорода (A), и для водородо- метановой смеси при 8 % (B) и 25 % (C) CH 4. Давление газа 80 Торр, напряжение разряда 650 В (A), 750 В (B), 850 В (C). Ток разряда 7 А (A), 6 А (B), 5 А (C).

Механизм осаждения алмазмых пленок Нуклеация и рост алмазных пленок [Bradley A. Fox chapter Diamond Films, THIN FILM TECHNOLOGY HANDBOOK]

Осаждаясь, димеры С 2 образуют на поверхности преимущественно атомные цепочки (1), а не кластеры (2) благодаря ориентации свободных связей. Происходит образование небольших кристаллитов графита (3) и (4). Формирование нанотрубки может быть инициировано изгибанием графитного листа в начальной стадии (4) или же при достижении некоторой критической высоты. Предлагаемый механизм образования нанокристаллического графита и нанотрубок в процессе ГФХО C2C2 C2C2 C2C2 C2C Осаждение графитоподобных пленок Осаждение графитоподобных пленок

Морфология поверхности РЭМ изображения углеродной наноструктурированной пленки (А), (В) и поликристаллической алмазной пленки (С), полученных осаждением из газовой фазы. углеродных пленок A B C

Выводы В плазме разряда наряду с рекомбинационными линиями атомарного и молекулярного водорода были зарегистрированы линии, соответствующие CH и С 2. Интенсивность линий, соответствующих димерам С 2 существенно возрастает с увеличением концентрации метана.При концентрациях метана выше 15 % наблюдается интенсивное желто-оранжевое свечение периферийных областей плазмы. Спектральные характеристики этого свечения соответствуют нагретому до высокой температуры материалу, что позволяет предположить конденсацию углерода непосредственно в газовой фазе. Наличие углеродных димеров в газовой фазе определяет механизм образования углеродных пленок на подложке. При высокой концентрации димеров С 2 происходит преимущественный рост графитоподобной фазы, при низких концентрациях образуется поликристаллическая алмазная пленка. Благодарность Работа была выполнена при поддержке гранта INTAS No