介绍无定形碳（A-C）的物理特性已成为强烈的实验和理论工作的主题[1-3]。无定形碳是碳的无序阶段2和类似钻石的sp3杂交状态及其物理特性在很大程度上取决于SP2/sp3比率。SP有多种形式2带有不同程度的石墨顺序的粘合碳，范围从微晶石墨到玻璃碳。在这项工作中，研究了通过电子枪蒸发（EGE）生长的A-C薄膜。使用EGE技术来发展A-C膜的作品数量有限，我们认为在这个方向上扩展知识很重要。生长过程中的主要实验参数是源基底距离（SSD），并且研究了物理特性的重要变化：研究了振动模式，暗电导率和多数载体浓度。结构分析表明，膜具有强大的石墨成分，拉曼模式特征的行为遵循石墨到纳米晶石墨路线当SSD增加时，根据法拉利和罗伯逊[1]的描述。 实验对于EGE的A-C和A-C：N膜沉积，电子枪的电压为6 kV，电流为200 mA。清洁的商用载玻片和SI（100）单晶晶片被用作底物。真空室中达到的基本压力为5 x 10-6Torr，对于A-C：N胶片超纯净n2- gas被介绍到2 x 10-4Torr，这是工作压力。由于坩埚发出的红外辐射，到达真空室的温度平均为150ºC。对于SSD，选择了10.5、12.5、15.5、18.5和23.5厘米的值。合理的假设是SSD的时间越长，A-C膜中的N浓度越大。沉积时间（td）对于分析的所有样品，为0.5分钟。通过拉曼光谱法，将样品的振动模式表征，通过将Labram-Dilor微摩浴机用He-Ne激光作为激发源，通过拉曼光谱法进行了表征。厚度是通过利用Dektak II特性仪确定的。通过使用常规设置采用传统的两点方法来衡量暗电导率。载体类型（N型）和浓度是通过在自制系统中进行的HALL效应测量值确定的。使用西门子D5000衍射仪注册X射线衍射（XRD）图案。上述所有提到的测量均在室温下进行。 结果和讨论膜的厚度在15-48 nm的范围内，SSD值越大，厚度越小。XRD模式表明该材料是无定形的。在图中ure1，显示膜的拉曼光谱，对于A-C样品，SSD值为：（a）12.5 cm，（b）15.5 cm，（c）18.5 cm，（d）20.5 cm;对于（E）15.5 cm和（F）12.5 cm的SSD值，仅适用于A-C：N膜。 
图1。电影的拉曼光谱显示用于A-C样品。SSD值为：（a）12.5 cm，（b）15.5 cm，（c）18.5 cm，（d）20.5 cm;对于A-C：N膜，仅显示（E）15.5 cm和（F）12.5 cm的SSD值。 A-C膜的所有光谱均由两个宽带组成，一个频段d在〜1380 cm处-1，另一个命名为g 1590厘米-1。A-C：N胶片在〜1345厘米处显示出非常减弱的D频段-1〜1525厘米处的一个定义明确的红移G带-1。信号d（无序）和g（石墨）来自SP2仅债券。G和D模式都对应于键拉伸模式。G模式是任何一对SP的拉伸振动2位置，无论是在C = C链中还是在芳香环中。D模式来自SP的呼吸模式2戒指中的站点不在链条中。乐队的扩展是由于无定形特征，实际上是层的短距离顺序。光谱拟合了Breit-Wigner-Fano功能以及Lorentzian曲线[1]，从这里的位置和全宽度在G频段的最大最大（FWHM）和强度比（I）（i）d/我G）确定。这些数据与SSD的图在图中说明了ure2。 
图2。（a）G拉曼乐队位置，（b）id/我GD和G频段的强度的比率，以及（C）A-C和A-C峰的FWHM和A-C：N薄膜的G峰与SSD的函数。 对于A-C膜，G位置在1582间隔内增加- 1596厘米-1，我d/我G比率以1.36 - 1.63的间隔增长，而FWHM在89 - 102厘米的间隔下降-1当SSD增加时。G位置和I的变化d/我G在这些间隔中，比率紧随其0％SP的非晶化轨迹3在法拉利和罗伯逊模型（FRM）的第一阶段[1]。由于坩埚的热辐射引起的真空室的平均温度约为150°C。 在我们的情况下，SSD越大，底物温度越低（ts），以一种方式，以不同的效果s值平均直径（l一种随着SSD的增加，短距离簇（晶粒）减小。已经确定，在FRM的第一阶段，我d/我G∝l一种-1[1]，这意味着我d/我G如果SSD增加，则会增加。 然后，可以确保随着SSD的增加，A-C膜变得越来越小的纳米晶粒晶粒变得更加无序，并且材料从更高的石墨状态传递到较少的石墨状态，随着SSD的上升，环的含量增加。FWHM降低，因为这些环的密度的增强。 另一方面，在A-C：N胶片中，G位置在1544 - 1550厘米的间隔中降低-1， 我d/我G间隔为0.31 - 0.42的减小，而SSD增大时，FWHM在187-288的间隔中增加。这三个参数的行为与A-C膜的情况完全相反。n的引入有利于SP的创建3因此，位点可以位于FRM的II期，SP3密度从0％到20％，在g没确和Id/我G比率下降。对于我们的胶片，随着SSD的增加，N-含量增加，这又意味着SP的密度3站点上升。由于材料变得最无序，因此FWHM增加了，因为可以将II期的主要无序作用视为减少有序环数的减少[1]。
暗电导率（σ电影与SSD的案例显示在无花果中ure3。A-C膜的变化位于该范围（1.0±0.2） - （15.9±0.3）Ω-1厘米-1当SSD = 18.5厘米时，最大值。然而，对于A-C：N电影的变化σ在（4.0±0.2）x10范围内-4- （1.0±0.2）x103ω-1厘米-1，最多七个数量级的变体。区别在于A-C的性质严格是石墨的事实，在A-C：N膜的情况下，N增加了SP的数量3站点，因此SP2/sp3当SSD上升时，比率会降低，并且σ也会减少，因为含有SP的材料3键充当石墨碳簇之间的联系。 
图3。黑暗电导率的对数σ与A-C和A-C的样品的SSD相对于SSD：n。 在较高的值的情况下σ，N材料中可能存在N的可能掺杂作用。无花果ure4显示电子浓度（n），大多数载体，在用于A-C和A-C：N电影的传统带中。在前者中n从（2.0±0.3）x10的变化20到（1.1±0.2）x1022厘米-3但是，在A-C：N层的情况下，n从（6.5±0.3）x10变化17到（4.0±0.2）x1018厘米-3。考虑到关系σ=enμ，哪里e是电子电荷和μ的迁移率，通常可以推断出A-C膜的μ少于A-C：N膜。 
图4。制备了A-C和A-C：N样品的载体密度与SSD。 结论研究了间隔10.5 - 23.5 cm的源式距离变化时，通过电子枪蒸发技术制备的无定形碳膜和N掺杂的无定形碳膜的物理性质。A-C膜由石墨碳组成，并确定位于FRM的I期，SP的0％3站点。A-C：N膜被确定位于FRM的第二阶段，其中SP的0 - 20％3可以找到站点。碳中N的存在促进了这些位点的存在。在所有薄膜中，以15.5 cm生长的A-C：N样品的电导率比其余样品高约三个数量级。但是，对于以23.5厘米的SSD生长的膜，电导率降低了近7个数量级。A-C膜的电导率在1-10Ω之间几乎保持恒定-1厘米-1对于所有SSD值。 致谢作者谢谢。A. B. Soto，M。EnC. B. Alvarado-Hidalgo和M. En C. M. Astorga-cantú通过其技术援助。 参考1。A. C. Ferrari和J. Robertson，“对无序和无定形碳的拉曼光谱的解释”，物理。Rev.，B 61，（2000）14095。 2。R. Haerle，E。Riedo，A。Pasquarello和A. Baldereschi，“ SP2/sp3来自C 1S核心水平移位的无定形碳中的杂交比：X射线光电子光谱和第一原理计算”，Phys。Rev.，B 65，（2001）045101。 3。A. C. Ferrari，S。E。Rodil和J. Robertson，“对无定形碳氮化物的红外和拉曼光谱的解释”，Phys。Rev.，B 67，（2003）155306。 联系方式 |