Введение к работе
Актуальность работы. С помощью современных методов напыления /глеродных пленок, таких как магнетронное и катодное распыление, химическое осаждение из газовой среды в СВЧ разряде и осаждение из горячих пламён можно получить покрытия, пригодные для различных применений. Углеродные пленки используются в качестве защитных и фрикци->нных покрытий, рентгеновских зеркал и окон, детекторов излучений и не-:оторых других. К настоящему времени установлено, что алмаз является превосходным материалом для создания электронных приборов. Он обла-шет, по сравнению с кремнием и арсенидом галлия, большей теплопровод-юстью, высокой скоростью и подвижностью носителей заряда. Эти жойства делают алмазные кристаллы пригодными для создания высо-:очастотных, высокомощных электронных приборов, способных работать і при повышенных температурах. Однако для развития подобных алмаз-tbix электронных устройств необходимы алмазные эпитаксиальные тонкие іленки, на создание которых ориентируется дальнейшее направление раз-ития существующих технологий.
Для развития оптимальных технологий получения алмазных пленок :еобходимы методы идентификации sp2- и sp3- гибридизованиых состояний глерода на поверхности, а также исследование механизма образования sp3-ибридизованных состояний в процессе роста. Причем требуется не только ачественная, но и количественная информация об относительном содер-гании атомов углерода в sp2- и в 5р3-гибридизованных состояниях на по-ерхности. Важная количественная информация о химических состояниях глерода в углеродных материалах может быть получена с использованием оверхностно-чувствительных методов, таких как рентгеноэлектронная іектроскопия и электронная Оже-спектроскопия. Однако на современном гапе на основе этих методов практически не разработаны методики опре-гления sp2- и зр3-гибридизованных состояний углерода. Развитие такой етодики позволит контролировать образование различно гибридизован-ых состояний атомов углерода на поверхности различных углеродных ма-;риалов в ходе физических процессов и химических превращений. Кроме )го, такая методика позволит исследовать механизмы формирования ал-азоподобных пленок и роль различных газовых добавок, участвующих в эоцессе напыления. В связи с этим рентгеноэлектронное и Оже-хледование углеродных материалов и углеродных пленок является акту-іьньїм.
Целью настоящей работы являлось установление общих закономе] ностей формирования структуры рентгеноэлектронных и Оже-спектро обусловленных sp2- и 5р3-гибридизацией атомов углерода, и развитие мет< дики количественной оценки содержания этих состояний на поверхноа алмазоподобных пленок для исследования механизма их формировния.
Объекты исследования.
1. Бр-гибридизованное состояние атомов углерода:
пиролитический графит;
фуллерен Сбо;
тетрафенил {СбНз-(СбН4):-СбН5};
сажа.
2. 5р3-гибридизованное состояние атомов углерода:
природный алмаз; -полиэтилен {(СН:-СН:)п};
полипропилен {(СН(СНз)-СН:)п};
полиэтиленгликоль {(-СНз-СШ-О-)п};
политетрафторэтилен {(CF:>-CF2)n}.
3. Смесь sp2- и 5р3-гибридизованных состояний атомов углерода:
-полибутадиен {(СН:-СН=СН-СН:)П} (sp2:sp3=l:l); -полистирол {(CH(CsHs)-CH:)n} (sp2:sp3=3:l);
- полицисизопрен {(CH2-CH=C(CH)-CH2)n} (sp2:sp3=2:3).
4. Углеродные пленки, напыленные магнетронным распыление
графита в разряде газовых смесей (Ar + CF4, Аг + CeHi: и Ar + Oi).
5. Продукты взаимодействия графита, сажи и фуллерена Сбо с кисл<
родом;
Научная новизна работы и значение полученных результатов. В р. боте проведено исследование структуры рентгеноэлектронных и Ож спектров изученных углеродных материалов и установлена связь ее хара: теристик с типом гибридизации атомов углерода.
-
Установлена корреляция параметров структуры N(E) С KVV Ож спектров образцов углеродных материалов с известным типом (sp2 и/их sp3) гибридизации атомов углерода.
-
Получен корректный N(E) С KVV Оже-спектр алмаза с использі ванием рентгеновского возбуждения.
-
На основе анализа Оже-спектров полимеров с различным относі тельным содержанием sp2- и 5р3-гибридизованных состояний атомов у лерода показано, что N(E) С KVV Оже-спектры этих полимеров мозет представить в виде суперпозиции из Оже-спектров тетрафенила (sp
ібридизация) и полиэтилена (5р3-гибридизация), а соотношение площадей гих спектров совпадает с относительным содержанием атомов углерода, аходящихся в sp2- и 5р3-гибридизованных состояниях.
-
Развита методика оценки относительного содержания атомов угле-ода в sp2- и Бр-'-гибридизованных состояниях на поверхности углеродных ленок с использованием Оже-спекгров алмаза и графита.
-
Установлена решающая роль атомов водорода, кислорода и фтора образовании 5р3-гибридизованных состояний атомов углерода на поверх-ости при осаждении углеродной пленки.
Практическая ценность результатов.
-
Развита методика количественной оценки соотношения содержания гомов углерода в sp2- и sp'-гибридизованных состояниях для поверхности глеродных твердых тел и тонких пленок на основе параметров структуры гнггеноэлектронных и Оже-спектров.
-
Экспериментально показано, что эта методика позволяет исследо-їть влияние газовых добавок на процесс роста алмазоподобных пленок и гобходима для развтия оптимальных технологий их напыления.
-
Полученные результаты находят применение при изучении элек-эонных состояний углерода в фуллеренах, полимерах и других углеродных атериалах.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Получение корректного N(E) С KVV Оже-спектра алмаза с учетом
знных ренгеноэлектронных спектров, полученных в режиме одновремен
ен" регистрации.
2. Качественная и количественная связь параметров структуры N(E)
KW Оже-спектров углеродных веществ с типом гибридизации атомов
~лерода.
-
Определение содержания 5р3-гибридизованных состояний, обуслов-;нных как С-С связями, так и возникающих из-за С-0 связей, после хи-ического взаимодействия кислорода с фуллереном Сбо и с поверхностью >афита.
-
Количественная оценка относительного содержания атомов угле-эда, находящихся в разных гибридизованных (sp2, sp3) состояниях, на :нове данных, полученных при одновременной регистрации рентгеноэлек-юнных и Оже-спектров для напыленных углеродных пленок.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и зсуждались на Third International Symposium on Diamond Films t.Petersburg, Russia, 1996); XIV International conference "X-ray and
photoelectron spectra of chemical compounds" and I Russian-German semin on XPS and XRS (Voronezh, Russia,1996); 7th European Conference ( Diamond, Diamond-like and Related Materials; jointly with 5th Intemation Conference on the New Diamond Science and Technology, "Diamond'9 (Tours, France, 1996); 7-ой Российской Научно-практической конференщ "Проблемы применения алмазов в технике и электронике" (Москва, 199" The 3rd International Workshop Fullerenes and Atomic Clusters, IWFAC (St.Petersburg, Russia, 1997).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пя: глав, заключения и выводов, изложена на 105 страницах машинописної текста, содержит 41 рисунок и список литературы из 107 наименовани Основные результаты работы отражены в 8 тезисах докладов конференщ и в 6 статьях.
