بررسی خواص نوری، ساختاری و الکتریکی لایه‌های نازک Cu-DLC لایه نشانی شده به روش کندوپاش مغناطیسی جریان مستقیم و فرکانس رادیویی همزمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

در این مقاله ساختار شیمیایی و خواص الکتریکی، نوری لایه‌های آمورف کربنی با تلقیح مس که با استفاده همزمان از روش کندوپاش مغناطیسی جریان مستقیم و فرکانس رادیویی سنتز شده‌اند و رابطه آنها با عناصر فعال شیمیایی تولید شده در پلاسما مورد بررسی قرار گرفته است. اثر تغییر توان منبع تغذیه جریان مستقیم با ثابت نگه داشتن توان منبع تغذیه فرکانس رادیویی بر روند تغییرات لایه مطالعه شده است. طیف‌سنجی رامان نشان می‌دهد در ساختار پیوندی مکان پیک G و نسبت ID/IG افزایش می‌یابد که بیان کننده کاهش ساختار شیمیایی SP3 نسبت به ساختار SP2 می‌باشد. طیف‌سنجی نشری نوری (OES) به منظور بررسی گونه‌های فعال شیمیایی غالب در محیط پلاسما نیز انجام شد و نشان داد با افزایش توان منبع تغذیه جریان مستقیم شدت پیک‌های گونه‌های فعال Cu در لایه‌ها کاهش و گونه های فعال شیمیایی کربنی افزایش می‌یابند. همچنین نتایج نشان می‌دهد که با افزایش توان منبع تغذیه جریان مستقیم متصل به چشمه گرافیت از 60 تا 120 وات و همچنین ثابت نگه داشتن توان منبع تغذیه فرکانس رادیویی متصل به چشمه مس در توان 10 وات ضریب جذب نوری لایه‌ها روند افزایشی دارد. گاف نوار انرژی لایه‌ها با یک روند افزایشی ازev 69/0 به ev 37/1 همراه می‌باشد. ضریب شکست لایه‌های که با استفاده از روش بیضی‌سنجی مورد آنالیز قرار گرفته است یک روند کاهشی از 85/1 تا 24/1 را با افزایش توان نشان می‌دهد

کلیدواژه‌ها


1. Ö. D. Coşkun, T. Zerrin.,Optical structural and bonding properties of diamond-like amorphous carbon films deposited by DC magnetron sputtering, Diamond and Related Materials,56 (2015) 29–35.
3. N. Dwivedi, Sushil. K, H. Malik, C. Sreekumar, S. Dayal, C. M.S. Rauthan, O. S. Panwar., Investigation of properties of Cu containing DLC films produced by PECVD process, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 73 (2012)308–316.
4. N. D. Baydoǧan., Evaluation of optical properties of the amorphous carbon film on fused silica, Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology, 107 (2004)70–77.
5. صالحی مژگان، اسحاقی اکبر، آقایی عباسعلی، ارزیابی پایداری شیمیایی نانو پوشش کربن شبه الماسی لایه نشانی شده بر زیرلایه پلیمری پلی‌کربنات در برابر استون و هیدروکسید سدیم، علوم و مهندس سطح،39 (1398).1-9
6. M. Grischke, K. Bewilogua, K. Trojan, and H. Dimigen., Application-oriented modifications of deposition processes for diamond-like-carbon-based coatings, Surface and Coatings Technology, 74 (1995)739–745.
7. A. A. Ahmad., Optical and electrical properties of synthesized reactive rf sputter deposited boron-rich and boron-doped diamond-like carbon thin films, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28 (2017)1695–1705.
8. S. Flege, R. Hatada, A. Hanauer, W. Ensinger, T. Morimura, and K. Baba., Preparation of Metal-Containing Diamond-Like Carbon Films by Magnetron Sputtering and Plasma Source Ion Implantation and Their Properties, Advances in Materials Science and Engineering, 1 (2017)1-8.
9. B. Zhou, Z. Liu, D. G. Piliptsou, S.Yu, Z. Wang, A. V. Rogachev, A. S. Rudenkov, A. Balmakou., Structure and optical properties of Cu-DLC composite films deposited by cathode arc with double-excitation source, Diamond and Related Materials, 69 (2016)191–197.
10. عباسی فیروزجاه مرضیه، شکری بابک، محمودی هادی، بررسی اثر شار گاز استیلن در ترکیب پلاسما بر خواص ساختاری و اپتیکی لایه نازک سیلیکای آلاییده با کربن، علوم و مهندس سطح،43 (1399).21-32
11. A. Jurkevičiūtė, A. Lazauskas, T. Tamulevicius, A. Vasiliauskas, D. Peckus, S. Meskinis, S. Tamuleviciuset., Structure and density profile of diamond-like carbon films containing copper: Study by X-ray reflectivity, transmission electron microscopy, and spectroscopic ellipsometry, Thin Solid Films, 630 (2017)48–58.
12. J. Q. Liu, L. J. Li, B. Wei, F. Wen, H. T. Cao, and Y. T. Pei., Effect of sputtering pressure on the surface topography, structure, wettability and tribological performance of DLC films coated on rubber by magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology, 365(2019)33–40.
13. Meškinis, A. Vasiliauskas, M. Andrulevičius, A. Jurkevičiūtė, D. Peckus, S. Tamulevičius., Diamond like carbon films with embedded Cu nanoclusters deposited by reactive high power impulse magnetron sputtering: Pulse length effects, Thin Solid Films, 673 (2019)1–6.
14. J. Robertson., Diamond-like amorphous carbon, Materials Science and Engineering: R: Reports., 37 (2002)129–281.
15. A. C. Ferrari, J. Robertson., Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon, PHYSICAL REVIEW B.,61(2000)14095-14107.
16. A. C. Ferrari, J. Robertson., Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond–like carbon, and nanodiamond, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A., 362(2004) 2477-2512.
17. W. Dai , A. Wang , Q. Wang ., Microstructure and mechanical property of diamond-like carbon films with ductile copper incorporation, Surface and Coatings Technology, 272 (2015)33–38.
18.  L. Wang, J. Jin, C. Zhu, G. Li, X. Kuang, and K. Huang., Effects of HiPIMS pulse-length on plasma discharge and on the properties of
WC-DLC coatings, Applied Surface Science, 487(2019)526-538.
19. C. Oppedisano, A. Tagliaferro., Relationship between sp2 carbon content and E04 optical gap in amorphous carbon-based materials, Applied Physics Letters, 75 (1999)3650–3652.
20. I. Yaremchuk, S. Meskinis, T. Bulavinets, A. Vasiliauskas, M. Andrulevicius, V. Fitio, Ya. Bobitski, S. Tamulevicius., Effect of oxidation of copper nanoparticles on absorption spectra of DLC:Cu nanocomposites, Diamond and Related Materials, 99 (2019) 1-10.
21. S. Tamulevičius, Š. Meškinis, T. Tamulevičius, and H.-G. Rubahn., Diamond like carbon nanocomposites with embedded metallic nanoparticles, Reports on Progress in Physics, 81 (2018)1-31.
22. F. H. Abd El-Kader, M. A. Moharram, M. G. Khafagia, and F. Mamdouh., Influence of the nitrogen content on the optical properties of CN x films, Spectrochim. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 97 (2012) 1115–1119.
23. M. I. Khan, F. Adil, S. Majeed, W. A. Farooq, M. S. Hasan, R. Jabeen, M. A. Al-Mutairi, A. Bukhtiar, M. Lqbal., Structural, Morphological, electrical and optical properties of Cu doped DLC thin films, Materials Research Express, 6 (2019)20–33.
24. M. Pandey, D. Bhatacharyya, D. S. Patil, K. Ramachandran, and N. Venkatramani., Diamond-like carbon coatings: AFM and ellipsometric studies, Surface and Coatings Technology, 182 (2004)24–34.