Получение и исследование наноалмазных пленок
Диссертация
Достоверность полученных и представленных в диссертации результатов подтверждается использованием современных, апробированных и стандартизованных методов исследований, тщательностью проведенных измерений, согласованностью экспериментальных результатов, полученных независимыми методами исследований, успешным применением разработанных методик, а также общим согласием с результатами других… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Получение и исследование алмазных поликристаллических пленок (литературный обзор)
- 1. 1. Аллотропные формы углеродных материалов
- 1. 2. Способы получения алмазных и наноалмазных материалов
- 1. 3. Морфология моно- и поликристаллических алмазов
- 1. 3. 1. Факторы, определяющие морфологию монокристаллического алмаза
- 1. 3. 2. Факторы, определяющие морфологию поликристаллического алмаза
- 1. 4. Особенности формирования алмазных пленок в ходе плазмохимического осаждения углерода
- 1. 4. 1. Кинетика физико-химических процессов
- 1. 4. 2. Различие механизмов формирования различных граней алмазных кристаллов
- 1. 5. Физико-химические свойства алмазных пленок и их практическое применение
- Глава 2. Методика проведения эксперимента
- 2. 1. Экспериментальные методики для осаждения алмазных пленок
- 2. 2. Оптическая эмиссионная спектроскопия газоразрядной плазмы
- 2. 3. Методы исследования морфологии, структуры и фазового состава осажденных пленок
- 2. 3. 1. Спектроскопия комбинационного рассеяния света
- 2. 3. 2. Термогравиметрия и метод селективного окисления
- 2. 3. 3. Оптическая и электронная микроскопия
- 3. 1. Влияние предварительной обработки подложек на формирование алмазных пленок
- 3. 2. Зависимость структуры и морфологии алмазных пленок от основных макроскопических параметров осаждения
- 3. 2. 1. Зависимость структуры и морфологии алмазных пленок от концентрации метана
- 3. 2. 2. Зависимость структуры и морфологии алмазных пленок от температуры подложки
- 3. 3. Характеристики и фазовый состав поликристаллических текстурированных пленок
- 3. 4. Характеристики и фазовый состав наноалмазных пленок
- 3. 5. Влияние малых примесей азота на свойства алмазных пленок
- 3. 5. 1. Влияние малых примесей азота на свойства текстурированных пленок
- 3. 5. 2. Влияние малых примесей азота на свойства наноалмазных пленок
- 3. 6. Основные механизмы формирования алмазных и наноалмазных пленок
- 4. 1. Построение численной модели
- 4. 2. Симуляция процессов формирования поликристаллических алмазных пленок
Список литературы
- R.B. Heimann, S.E. Evsyukov, Y. Koga. Carbon allotropes: a suggested classification scheme based on valence orbital hybridization. Carbon, 1997, V.35, pp.1654−1658.
- Pierson H.O. Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes, USA, NP, 1993.
- Дементьев А.П., Маслаков К. И. Химическое состояние атомов углерода на поверхности наноалмазных частиц. ФТТ, 2004, Т. 46, № 4, С. 662−664.
- Даниленко В.В. Из истории открытия синтеза наноалмазов. ФТТ, 2004, Т. 46, № 4, С. 581−584.
- The Properties of Diamond. Ed. by Field J.E., London, Academic Press, 1990, p.675.
- Iijima S. Helical Microtubules Of Graphitic Carbon. Nature, vol. 354, 1991, pp. 56−58.
- Obraztsov A.N., Timofeev M.A., Guseva M.V., Babaev V.G., Valiullova Z.Kh., Babina V.M. Comparative study of microcrystalline diamond. Diamond & Related Materials, 1995, 4, pp. 968- 971.
- Верещагин A.JI., Юрьев Г. С. Структура детонационных наноалмазов. Неорганические материалы, 2003, 39, 3, с. 312−318.
- Кулакова И.И. Химия поверхности наноалмаза". ФТТ, 2004, 46, 4, с. 621−628.
- Дементьев А.П., Маслаков К. И. Химическое состояние атомов углерода на поверхности наноалмазных частиц. ФТТ, 2004, 46, 4, с. 662−664.
- Spitsyn B.V. Growth of Diamond Films from the Vapour Phase in book «Handbook of Crystal Growth». Ed. by D.T.J. Hurle. Amsterdam, Elsevier, 1994, Vol.3, pp. 403−456.
- Bachman P.К. Plasma CVD Techniques for low pressure synthesis of diamond: an overview in book «Properties and Growth of Diamond» ed. by Davies Gordon. London, UK, 1993, pp. 349−353.
- Bachman P. K. Plasma CVD synthesis of diamond in book «Properties and Growth of Diamond» ed. by Davies Gordon., London, UK, 1993, pp. 354 363.
- Fox B. Diamond Film from book «Thin Film Technology Handbook», ed. by Aicha A. R. Elshabini-Riad and Fred D. Barlow III, p. 7−1 7−74.Wilkes J. and Wilks E. M. in J. E. Field (ed), The Properties of Diamond, USA, Academic Press, 1979.
- Synthetic diamond: Emerging CVD science and technology. Edited by Karl E. Spear and John P. Dismukes, Wiley, Chichester, UK, 1994, p. 663.
- Evans T. in book «The Properties of Diamond» ed. by J. E. Field, USA, Academic Press, 1979.
- Field J. E. in book «The Properties of Diamond» ed. by J. E. Field, USA, Academic Press, 1979.
- Bruton E., Diamonds, Chilton Book Co., 1978, pp. 369−395.
- Clausing R.E., Heatherly L., Horton L.L. et al. Textures and morphologies of chemical vapor deposited (CVD) diamond. Diamond and Related Materials, 1992, Vol. l, pp. 411−429.
- Б. К. Вайнштейн, В. M. Фридкин, В. Л. Инденбом. Современная кристаллография: В 4 х томах. — М.: Наука, 1979.
- Butler J.E., Oleynik I. A mechanism for crystal twinning in the growth of diamond by chemical vapour deposition, Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences, 2008, Vol. 366, pp. 295 311.
- Knuyt G., Neshidek M., Vandevelde T. On the development of CVD diamond film morphology due to the twinning on {111} surfaces. Diamond and Related Materials, 1997, Vol.6, pp. 435−439.
- Knuyt G., Nesladek M., Meykens K. et al. On the {111} penetration twin density in CVD diamond films. Diamond and Related Materials, 1997, Vol.6, pp. 1697- 1706.
- Lawrence S. Pan, Don R. Cania, Diamond: Electronic Properties and Applications, Kluwer Ac. Pub., 1994, pp. 176 192.
- Davies G. The optical properties of diamond, Chemistry and Physics of Diamond ed. by J. P. L. Walker and P. A. Thrower, Marcel Dekker Inc., NY, 1977.
- Clark C. D., Mitchell E. W. J., Parsons B. J., Color centers and Optical Properties, in The Properties of Diamond, ed. by J. E. Field, Academic Press, London, 1979, p. 23.
- Walker J., Optical Absorption and luminescence of Diamond, Rep. Prog. Phys. 42, 1979, 1606.
- Clark C. D. in Optical Properties of Diamond, in Physical Properties of Diamond, ed. by R. Berman, Clarendon Press, Oxford, 1965, p. 295.
- Вине В.Г., Елисеев А. П., Сарин B.A. Физические основы современных методов облагораживания природных алмазов и бриллиантов, «Драгоценные металлы. Драгоценные камни», 12, 2009, с. 180.
- Felton S., Edmonds А. М., Newton М. Е., Twitchen D. J., Electron paramagnetic resonance studies of the neutral nitrogen vacancy in diamond. Physical Review B, 77, 2008.
- C.F. O. Graeff, C.E. Nebel, M. Stutzmann et al. Characterization of textured polycrystalline diamond by electron spin resonance spectroscopy. J. Appl. Phys. 81, 1997, 234.
- Малоголовец В.Г. Изучение примесного состава и реальной структуры синтетических алмазов спектроскопическими методами. Автореферат диссертации к.ф.-м.н., Киев, ИПМ АН УССР, 1979, с. 21.
- Davies G. Charge states of vacancy in diamond. Nature, vol.269, No 5628, 1977, pp. 498−500.
- Newton M.E., Cambell В .A., Anthony T.R., Davies G, Abstract, 12th European Diamond Conference, 9−14 September, Budapest, Abstract book, 11.4., 2001.
- Davies G., Lawson S., Collins A., Mainwood A., Sharp S., Vacancy-related centers in diamond, Phys. Rev., В 46, 1992.
- Y. Bar-Yam, T.D. Moustakas, Defect-nduced stabilization of diamond films. Nature, 1989, V. 342, pp. 786 787.
- W. Kulisch and C. Popov. On the growth mechanisms of nanocrystalline diamond films, Physica Status Solidi, 2006, V. 203, pp. 203 219.
- Справочник. Под. ред. Григорьева И. С., Мейлихова Е. З., Физические величины. М.: Энергоатомиздат. 1991.
- Yugo S., Kimura Т. in Saito S., Fukunaga О., Yoshikawa M. (eds) Proc. 1st Int. Conf. on the New Diamond Science and Technology, KTK Scientific Publishers, 1990.
- Butler J.E., Sumant A.V. The CVD of Nanodiamond Materials. Chemical Vapor Deposition, 2008, Vol. 14, pp. 14−60.
- Yang T. Growth of faceted, ballas-like and nanocrystalline diamond films deposited in CH4 / H2 / Ar MPCVD. Diamond and Related Materials, 2001, Vol. 10, pp. 2161−2166.
- Золотухин A.A., Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, 2007.
- Haubner R., Lux B. Deposition of ballas diamond and nano-crystalline diamond. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2002, Vol. 20, pp. 93- 100.
- Schermer J. On the mechanism of (001) texturing during flame deposition of diamond. Journal of Crystal Growth, 2002, Vol. 243, pp. 302−318.
- C. Wild, R. Kohl, N. Herres, W. Muller-Sebert, P. Koidl, Oriented CVD diamond films: twin formation, structure and morphology. Diamond and Related Materials, 1994, pp. 373−381.
- S.J. Harris, A. M. Weiner, and T. A. Perry. Measurement of Stable Species Present During Filament-Assisted Diamond Growth. Appl. Phys. Lett. 53, 1988, pp. 1605−1607.
- Goodwin D.G. and Gavillet G. Numerical modeling of the filament-assisted diamond growth environment. J. Appl. Phys. 1990, 68, 6393.
- Schafer L., Klages C. P., Meier U. and Kohse-Hoinghaus K. Atomic hydrogen concentration profiles at filaments used for chemical vapor deposition of diamond. Appl. Phys. Lett., 1991, 58, 571.
- Gracio J.J., Fan Q.H., Madaleno J.C., Diamond growth by chemical vapor deposition, J. Phys. D: Appl. Phys., 2010, 43.
- Bachmann P K, Leers D and Lydtin H., Construction of a new C-H-O ternary diagram for diamond deposition from the vapor phase. Diamond and Related Materials, 2000, 9, pp. 1320 1326.
- Tsuda M., Nakajima M. and Oikawa S. Epitaxial growth mechanism of diamond crystal in methane-hydrogen plasma. J. Am. Chem. Soc., 1986, 108 (19), pp. 5780−5783.
- Tsuda M., Nakajima M. and Oikawa S. The Importance of the Positively Charged Surface for the Epitaxial Growth of Diamonds at Low Pressure. Jpn. J. Appl. Phys., 1987, 26, pp. L527-L529.
- Frenklach M. and Spear K.E. Growth mechanism of vapor-deposited diamond. Journal of Materials Research, 1988, Vol. 3, pp. 133−140.
- May P.W., Mankelevich Y.A. From Ultrananocrystalline Diamond to Single Crystal Diamond Growth in Hot Filament and Microwave Plasma Enhanced CVD Reactors: a Unified Model for Growth Rates and Grain Sizes. Growth (Lakeland), 2008, pp. 12 432−12 441.
- Prelas M. A., Popovici G., Bigelow L. K. Handbook of industrial diamonds and diamond films, N. Y.: Marcel Dekker Inc., 1997, p. 1232.
- Gruen D.M. Nanocrystalline diamond films. Annu. Rev. Mater. Sci., 1999, Vol. 21, pp. 211−259.
- Schwarz S., Rosiwal S. M., Frank M. et al. Dependence of the growth rate, quality, and morphology of diamond coatings on the pressure during the CVD-process in an industrial hot-filament plan. Diamond Related Materials, 2002, Vol. 11, pp. 589−595.
- Theije F.K., Roy O., Laag N.J. et al. Oxidative etching of diamond. Diamond and Related Materials, 2000, Vol. 9, pp. 92−104.
- Theije F., Oxidative etching of cleaved synthetic diamond {111} surfaces. Surface Science, 2001, Vol. 492, pp. 91−105.
- Ackermann L. Investigation of diamond etching and growth by in situ scanning tunneling microscopy. Diamond and Related Materials, 1999, Vol. 8, pp. 1256−1260.
- Sun C. Q., Xie H., Zhang W. et al. Preferential oxidation of diamond {111}. J. Phys. D: Appl. Phys, 2000, Vol.33, p. 2196−2199.
- Farabaugh E.N., Robins L.H., Feldman A. High resolution electronmicroscopy of diamond film growth defects and their interaction. SPIE
- Diamond Optics IV, 1991, Vol. 1534, pp.26−43.116
- R.F. Davis (Ed.), Diamond Films and Coatings, Noyes Publications, New Jersey, 1992.
- Большая советская энциклопедия, M.: Советская энциклопедия, 19 691 978.
- Lee S.-Tong, Lin Zhangda, Jiang Xin. CVD diamond films: nucleation and growth. Mat. Science and Engineering, 1999, 25, pp. 123−154.
- Miller A. J., Reece D. M., Hudson M. D., Brierley C. J. and Savage J. A. Diamond coatings for IR applications. Diamond and Related Materials, 1997, V. 6, pp. 386 389.
- Pace E., Pini A., Corti G., Bogani F., Vinattieri A., Pickles C.S. and Sussmann R. CVD diamond coatings for ultraviolet. Diamond and Related Materials, 2001, V. 10, pp. 736 743.
- M. Adamschik, J. Kusterer, P. Schmidt, K.B. Schad, D. Grobe, A. Floter. Diamond microwave micro relay. Diamond Related Materials, 2002, 11, pp. 672−676.
- A.B. Hutchinson, P.A. Truitt, K.C. Schwab, L. Sekaric, J.M. Parpia, H.G.Craighead, J.E. Butler. Dissipation in nanocrystalline-diamond nanomechanical resonators. Applied Physics Letters, 2004, 84, 972.
- Gurbuz Y., Kang W. P., Davidson J. L., Kerns D. V. Jr and Zhou Q. PECVD diamond-based high performance power diodes. IEEE Transactions on Power Electronics, 2005, vol. 20, pp. 1−10.
- J. P. Bade, S. R. Sahaida, B. R. Stoner, J. A. von Windheim, J. T. Glass, K. Myata, K. Nishimura, and K. Kobashi. Diamond and Related Materials. 1993, V. 2, p. 816.
- P. Bergonzo, D. Tromson and C. Mer. CVD diamond-based semi-transparent beam-position monitors for synchrotron beamlines: preliminary studies and device developments at CEA/Saclay. J. Synchr. Rad, 2006, 13, N.2, pp.151 158.
- Soh K. L., Kang W. P., Davidson J. L., Wong Y. M., Cliffel, D. E., Swain G. M. Diamond-derived ultramicroelectrodes designed for electrochemical analysis and bioanalyte sensing. Diamond and Related Materials, 2008, 17, pp. 900 905.
- B. Ilic, Y. Yang, H.G. Craighead, Virus detection using nanoelectromechanical devices. Applied Physics Letters, 2004, 85, 2604.
- R. Kalish. The search for donors in diamond. Diamond and Related Materials, 2001, 10, pp. 1749- 1755.
- A. Gruber, A. Drabenstedt, C. Tietz, L. Fleury, J. Wrachrup, C. von Borczyskowsky. Scanning confocal optical microscopy and magnetic resonans on single defect centers. Science, 1997. 276, 2012.
- C. Kurtsiefer, S. Mayer, P. Zarda, H. Wenfurter. Stable solid-state source of single photons. Phys. Rev. Lett., 2000, 85, 290.
- F. Dolde, H. Fedder, M.W. Doherty, T. Nobauer, F. Rempp, G. Balasubramanian, T. Wolf, F. Reinhard, L.C.L. Hollenberg, F. Jelezko, J. Wrachtrup. Electric-field sensing using single diamond spins. Nature Physics, 2011, V. 7, p. 459.
- Золотухин А.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ. мат. наук, 2007.
- Obraztsov A.N., Zolotukhin A.A., Ustinov А.О. et al. Chemical vapor deposition of carbon films: in-situ plasma diagnostics. Carbon, 2003, V. 41, pp. 836−839.
- Золотухин A.A., Образцов A.H., Волков А. П. и др. Формирование наноразмерных углеродных материалов в газоразрядной плазме. Письма в ЖТФ, 2003, Т. 29, С. 58−63.
- Золотухин А.А., Образцов А. Н., Устинов А. О. и др. Образование наноуглеродных пленочных материалов в газоразрядной плазме. ЖЭТФ, 2003, Т. 124, С. 1291−1297.
- Сивухин Д.В., Общий курс физики. Оптика, М.: «Наука», 1985, с. 752.
- Тюрнина А.В., Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, 2010.
- Tuinstra F., Koenig J.L. Raman Spectrum of Graphite. The J. of Chem. Phys., 1970, 53, pp. 1126−1130.
- A.C. Ferrari, J.R. Robertson, Origin of the 1150 cm"1 Raman mode in nanocrystalline diamond. Phys. Rev. B, 2001, v. 63, 121 405.
- T.Lopex-Rios, E. Sandre, S. Leclercq, E. Sauvain. Polyacetylene in Diamond Films Evidenced by Surface Enhanced Raman Scattering. Phys. Rev. Lett., 1996, V. 76, pp. 4935−4938.
- Уэндландт У., Термические методы анализа, М.: «Мир», 1978, с. 526.
- В. Lux, R. Haubner, Н. Holzer, R.C. DeVries. Natural and synthetic polycrystalline diamond with emphasis of ballas. Refractory Metals Hard Mater., 1997, 15, pp. 263−288.
- Kopylov P.G., Ismagilov R.R., Obraztsov A.N., Loginov B.A. Single-crystal diamond probes for atomic-force microscopy. Instruments and Experimental Techniques, 2010, V. 53, № 4, pp. 613−619.
- I.I. Vlasov, O.I. Lebedev, V.G. Ralchenko, E. Goovaerts, G. Bertoni, G. Van Tendeloo, and V.I. Konov. Hybrid diamond-graphite nanowires produced by microwave plasma chemical vapor deposition. Advanced Materials, 2007, V. 19, pp. 4058 -4062.
- J.-F. Hochedez, E. Verwichte, P. Bergonzo, B. Guizard, C. Mer, D. Tromson, M. Sacchi, P. Dhez, O. Hainaut, P. Lemaire, and J.-C. Vial. Future diamond UV imagers for solar physics. Phys. Stat. Sol., 2000, (a) 181, pp. 141 149.
- J. H. Bae, T. Ono, and M. Esashi. Scanning probe with an integrated diamond heater element for nanolithography. Appl. Phys. Lett., 2003, V. 82, p. 814.
- K.-H. Kim, N. Moldovan, С. Ke, H. D. Espinosa, X. Xiao, J. A. Carlisle, and O. Auciello. Novel Ultrananocrystalline Diamond Probes for High Resolution Low-Wear Nanolithographic Techniques. Small, 2005, 1, 866.
- Y. Muranaka, H. Yamashita, K. Sato, H. Miyadera. The role of hydrogen in diamond synthesis using a microwave plasma in a CO/H2 system. J Appl Phys, 1990, 67, 6247.
- A.N. Goyette, J.E. Lawler, L.W. Anderson, D.M. Gruen, T.G. McCauley, D. Zhou, A.R. Krauss. C-2 swan band emission intensity as a function of C-2 density. Plasma Sources Sci T, 1998, 7, pp. 149−153.
- J. P. Goss, B. J. Coomer, R. Jones, C. J. Fall, P. R. Briddon, S. Oberg. Extended defects in diamond: The interstitial platelet. Phys. Rev., V. 67, p. 165 208.
- R. Brydson, L.M. Brown, J. Bruley. Characterizing the local nitrogen environment at platelets in type IaA/B diamond. Journal of Microscopy, 1998, V. 189, pp. 137- 144.
- W. Li, S. Irle, H. Witek. Convergence in the evolution of nanodiamond raman spectra with particle size: a theoretical investigation. American Chem. Society, 2010, V. 4, pp. 4475 4486.
- L.Li, H. Lin, J. Sun, A. Wu, X. Shen, N.Xu. Growth of Ni/Co-catalyzed crystalline CNX thin films by nitrogen-plasma-assisted pulsed lazer deposition. J. of Korean Phys. Society, 2005, V. 46, pp. S56 S59.
- N.G.Ferreira, I.I.Silva, E.J. Corat, V.J. Trava-Airoldi, K. Iha. Electrochemical characterization on semiconductors p-type CVD diamond electrodes. Brazilian J. of Physics, 1999, V. 29, pp. 760 763.