О ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА ГИДРОГЕНИЗИРОВАННЫХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМ МЕТОДОМ

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.

1. Biswas H.S., Sharma R., Kumar V., et al. Nanomaterials and Energy. – 2023. – Vol. 12. – P. 160–165.

2. 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.

3. Ohtake N., Tanaka T., Ishikawa Y. et al. Materials. – 2021. – Vol. 14. – P. 315.

4. Yamamoto S., Nonaka T. Thin Solid Films. – 2021. – Vol. 736. – P. 138912.

5. Shi B., Zhang L., Wang Q., et al. Materials Science and Technology. – 2022. – Vol. 38. – P. 1151–1167.

6. Tillmann W., Schmitz H., Müller R., et al. Diamond and Related Materials. – 2022. – Vol. 123. – P. 108866.

7. 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.

8. Zhao Z., Li X., Wang Y., et al. Optics Express. – 2020. – Vol. 28. – P. 15573–15586.

9. Morichetti F. Frontiers in Photonics. – 2024. – Vol. 4. – P. 1336510.

10. Lu Y., Chen F., Li Z., et al. Journal of Materials Science. – 2022. – Vol. 57. – P. 3971–3992.

11. Wiseman C., Patel R., Singh D., et al. arXiv preprint arXiv:2406.07245. – 2024.

12. Shabbir A., Khan M., Ali S., et al. Key Engineering Materials. – 2022. – Vol. 928. – P. 163–175.

13. Jurkevičiūtė A., Baltrusaitis J., Petrauskas K., et al. Materials Chemistry and Physics. – 2023. – Vol. 309. – P. 128425.

14. 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.

15. Zhao Z., Li X., Wang Y., et al. Optics Express. – 2020. – Vol. 28. – P. 15573–15586.

16. Morichetti F. Frontiers in Photonics. – 2024. – Vol. 4. – P. 1336510.

17. 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.

18. 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.

19. https://www.semicore.com/reference/sputtering-yields-reference

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. Modabberasl A., Rashidi A., Shafiekhani A., et al. Carbon. – 2015. – Vol. 94. –P. 485–493.

24. Ioffe A.F., Regel A.R. Progress in Semiconductors. – 1960. – Vol. 4. – P. 239.

25. Таутц Я. Успехи физических наук. – 1968. – Т. 94. – № 3. – С. 501–534.

26. Казанцев С.Г., Овчаренко Т.Н. Вопросы электромеханики. – 2011. – Т. 123. – С. 41–50.

27. 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.