kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2025-22-2-322-332kaz29-2016Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL SCIENCESО ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА ГИДРОГЕНИЗИРОВАННЫХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМ МЕТОДОМON THE TECHNOLOGY OF SYNTHESIS OF HYDROGENATED DIAMOND-LIKE THIN FILMS BY ION-PLASMA METHODhttps://orcid.org/0000-0002-6255-7299РягузовА. П.RyaguzovA. P.

 к.ф.-м.н., главный научный сотрудник 

 г. Алматы 

 Cand. Phys.-Math. Sc., Chief Researcher 

 Almaty 

ryaguzov_a@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4033-5492ӘсембаеваӘ. Р.AssembayevaA. R.

 PhD, ст. преподаватель 

 г. Алматы 

 PhD, Senior Lecturer 

 Almaty 

a.assembayeva@satbayev.universityhttps://orcid.org/0000-0003-4804-5323ГусейновН. Г.GuseinovN. R.

 магистр, научный сотрудник 

 г. Алматы 

 Master 

 Almaty 

solar_neo@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7136-0404БекмуратФ.BekmuratF.

 магистр физ.-техн. н., научный сотрудник 

 г. Алматы 

 Master 

 Almaty 

zh.fariza1@mail.ruННЛОТ, Казахский национальный университет им. аль-ФарабиКазахстанNNLOT Al-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstanКазахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. СатпаеваКазахстанSatbayev UniversityKazakhstan202506072025222322332Copyright © Рягузов А.П., Әсембаева Ә.Р., Гусейнов Н.Г., Бекмурат Ф., 20252025Рягузов А.П., Әсембаева Ә.Р., Гусейнов Н.Г., Бекмурат Ф.Ryaguzov A.P., Assembayeva A.R., Guseinov N.R., Bekmurat F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/2016

В представленной работе рассмотрен синтез аморфных алмазоподобных углеродных пленок магнетронным методом в атмосфере смеси газов CH4+Ar. Синтез алмазоподобных пленок осуществлялся в широком диапазоне температур от 80 °С до 240 °С. Изучена локальная структура синтезированных образцов методом рамановской спектроскопии. Кроме того, изучены механические и оптические свойства полученных тонких пленок алмазоподобного углерода. Показана зависимость исследуемых характеристик от условий синтеза. Выявлено, что температура подложки существенно влияет на формирование структуры и свойства гидрогенизированных алмазоподобных углеродных пленок. Показана зависимость величины запрещенной зоны от температуры подложки. Было выявлено, что ширина запрещенной зоны синтезированных гидрогенизированных образцов уменьшается от 1,78 эВ до 1,63 эВ при увеличении температуры от 80 до 240 oC, которое можно связать с увеличением sp2 гибридизированных связей и увеличением плотности π-электронных состояний. Показано, что изменение микротвердости гидрогенизированных алмазоподобных углеродных пленок коррелирует с изменением оптической ширины запрещенной зоны. Оценка микротвердости по методу Кнупа показала, что микротвердость гидрогенизированных образцов принимает значения в интервале от 37,5×102 кгс/мм2 до 29,5×102 кгс/мм2, в зависимости от температуры подложки. Такое изменение микротвердости пленок а-С:Н подтверждает уменьшение sp3 гибридизированных связей в структуре пленок.

This work presents the synthesis of hydrogenated amorphous diamond-like carbon (HDLC) films using a magnetron method in a gas mixture of CH4+Ar. The synthesis of the HDLC films was carried out over a wide temperature range from 80 °C to 240 °C. The local structure of the synthesized samples was studied using Raman spectroscopy. Additionally, the mechanical and optical properties of the obtained thin diamond-like carbon films were investigated. The dependence of the studied characteristics on the synthesis conditions was demonstrated. It was found that the substrate temperature significantly influences the formation of the structure and properties of hydrogenated diamond-like carbon films. The dependence of the bandgap on the substrate temperature was shown. It was revealed that the bandgap of the synthesized hydrogenated samples decreases from 1.78 eV to 1.63 eV as the temperature increases from 80°C to 240°C. This can be attributed to the increase in sp² hybridized bonds and the growth of π-electron density states. It was also shown that the change in microhardness of hydrogenated diamondlike carbon films correlates with the change in optical bandgap. Microhardness, evaluated using the Knoop method, was found to range from 37.5×10² kgf/mm² to 29.5×10² kgf/mm², depending on the substrate temperature. This change in microhardness confirms the decrease in sp³ hybridized bonds in the film structure.

гидрогенизированныйалмазоподобная углеродная пленкарамановская спектроскопияширина запрещенной зонымикротвердостьhydrogenateddiamond-like carbon filmRaman spectroscopyforbidden band widthmicrohardnessReferencesBiswas H.S., Sharma R., Kumar V., et al. Nanomaterials and Energy. – 2023. – Vol. 12. – P. 160–165.Biswas H.S., Sharma R., Kumar V., et al. Nanomaterials and Energy 12, 160–165 (2023).Dwivedi N., et al. Anomalous characteristics of nanostructured hydrogenated carbon thin films // Materials Chemistry and Physics. – 2021. – Vol. 262. – P. 124316. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124316.Dwivedi N., et al. Materials Chemistry and Physics 262, 124316 (2021). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124316.Ohtake N., Tanaka T., Ishikawa Y. et al. Materials. – 2021. – Vol. 14. – P. 315.Ohtake N., Tanaka T., Ishikawa Y., et al. Materials 14, 315 (2021).Yamamoto S., Nonaka T. Thin Solid Films. – 2021. – Vol. 736. – P. 138912.Yamamoto S., Nonaka T. Thin Solid Films 736, 138912 (2021).Shi B., Zhang L., Wang Q., et al. Materials Science and Technology. – 2022. – Vol. 38. – P. 1151–1167.Shi B., Zhang L., Wang Q., et al. Materials Science and Technology 38, 1151–1167 (2022).Tillmann W., Schmitz H., Müller R., et al. Diamond and Related Materials. – 2022. – Vol. 123. – P. 108866.Tillmann W., Schmitz H., Müller R., et al. Diamond and Related Materials 123, 108866 (2022).Osanai H., et al. Effects of annealing temperature on the mechanical, optical, and electrical properties of hydrogenated, nitrogen-doped diamond-like carbon films // Thin Solid Films. – 2022. – Vol. 745. – P. 139100. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2022.139100.Osanai H., et al. Thin Solid Films 745, 139100 (2022). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2022.139100.Zhao Z., Li X., Wang Y., et al. Optics Express. – 2020. – Vol. 28. – P. 15573–15586.Zhao Z., Li X., Wang Y., et al. Optics Express 28, 15573-15586 (2020).Morichetti F. Frontiers in Photonics. – 2024. – Vol. 4. – P. 1336510.Morichetti F., Frontiers in Photonics 4, 1336510 (2024).Lu Y., Chen F., Li Z., et al. Journal of Materials Science. – 2022. – Vol. 57. – P. 3971–3992.Lu Y., Chen F., Li Z., et al. Journal of Materials Science 57, 3971–3992 (2022).Wiseman C., Patel R., Singh D., et al. arXiv preprint arXiv:2406.07245. – 2024.Wiseman C., Patel R., Singh D., et al., arXiv preprint arXiv:2406.07245 (2024).Shabbir A., Khan M., Ali S., et al. Key Engineering Materials. – 2022. – Vol. 928. – P. 163–175.Shabbir A., Khan M., Ali S., et al. Key Engineering Materials 928, 163–175 (2022).Jurkevičiūtė A., Baltrusaitis J., Petrauskas K., et al. Materials Chemistry and Physics. – 2023. – Vol. 309. – P. 128425.Jurkevičiūtė A., Baltrusaitis J., Petrauskas K., et al. Materials Chemistry and Physics 309, 128425 (2023).Zhu W., Su Z., Guo J., et al. Preparation and characterization of diamond-like carbon (DLC) film on 316L stainless steel by microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) // Diamond and Related Materials. – 2022. – Vol. 122. – P. 108820. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.108820.Zhu W., Su Z., Guo J., et al. Diamond and Related Materials 122, 108820 (2022). https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.108820.Zhao Z., Li X., Wang Y., et al. Optics Express. – 2020. – Vol. 28. – P. 15573–15586.Zhao Z., Li X., Wang Y., et al., Optics Express 28, 15573-15586 (2020).Morichetti F. Frontiers in Photonics. – 2024. – Vol. 4. – P. 1336510.Morichetti F., Frontiers in Photonics 4, 1336510 (2024).Javeed S., Yamin S., Janjua S.A., Yaqub K., Ashraf A., Zeeshan S., Mehmood M., Anwar-ul-Haq M., Ahmad Sh. Vacuum. – 2011. – Vol. 86. – P. 193–200. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2011.06.005.Javeed S., Yamin S., Janjua S.A., Yaqub K., Ashraf A., Zeeshan S., Mehmood M., Anwar-ul-Haq M., Ahmad Sh., Vacuum 86, 193–200 (2011). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2011.06.005.Zhang Y., Wang Y., Wang S., Wei W., Ge X., Zhu B., Shao J., Wang Y. Comparison of Carbon Thin Films with Low Secondary Electron Yield Deposited in Neon and Argon // Coatings. – 2020. – Vol. 10. – P. 884. https://doi.org/10.3390/coatings10090884.Zhang Y., Wang Y., Wang S., Wei W., Ge X., Zhu B., Shao J., Wang Y. Coatings 10, 884 (2020). https://doi.org/10.3390/coatings10090884.https://www.semicore.com/reference/sputtering-yields-referencehttps://www.semicore.com/reference/sputtering-yields-reference.Ferrari A.C., Robertson J. Resonant Raman spectroscopy of disordered, amorphous, and diamondlike carbon // Phys. Rev. B. – 2001. – Vol. 64. – P. 075414. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.075414.Ferrari A. C., Robertson J., Phys. Rev. B 64, 075414 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.075414.Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Materials Science and Engineering R. – 2002. – Vol. 37. – P. 129–281. https://doi.org/10.1016/S0927-796X(02)00005-0.Robertson J., Materials Science and Engineering P. 37, 129–281 (2002). https://doi.org/10.1016/S0927-796X(02)00005-0.Ferrari A.C. Robertson J. Philosophical Transactions of the Royal Society A. – 2004. – Vol. 362. – P. 2477–2512. https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1452.Ferrari A. C., Robertson J. Philosophical Transactions of the Royal Society A 362, 2477–2512 (2004). https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1452.Modabberasl A., Rashidi A., Shafiekhani A., et al. Carbon. – 2015. – Vol. 94. –P. 485–493.Modabberasl A., Rashidi A., Shafiekhani A., et al., Carbon, 94, 485–493 (2015).Ioffe A.F., Regel A.R. Progress in Semiconductors. – 1960. – Vol. 4. – P. 239.Ioffe A. F., Regel A. R., Progress in Semiconductors 4, 239 (1960).Таутц Я. Успехи физических наук. – 1968. – Т. 94. – № 3. – С. 501–534.Tautc Ja. Uspehi fizicheskih nauk , 94 (3), 501–534 (1968) [in Russian].Казанцев С.Г., Овчаренко Т.Н. Вопросы электромеханики. – 2011. – Т. 123. – С. 41–50.Kazancev S.G., Ovcharenko T.N., Voprosy jelektromehaniki 123, 41–50 (2011) [in Russian].Tuinstra F., Koenig J. L. Raman Spectrum of Graphite // Journal of Chemical Physics. – 1970. – Vol. 53. – No. 3. – P. 1126–1131. https://doi.org/10.1063/1.1674108.Tuinstra F., Koenig J. L., Journal of Chemical Physics 53 (3), 1126–1131 (1970). https://doi.org/10.1063/1.1674108.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.