بررسی اثر شار گاز استیلن در ترکیب پلاسما بر خواص ساختاری و اپتیکی لایه نازک سیلیکای آلاییده با کربن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم مهندسی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فناوری های نوین سبزوار، سبزوار، ایران

2 دانشگاه شهیدبهشتی تهران، پژوهشکده لیزر و پلاسما

3 دانشگاه شهید بهشتی، پژوهشکده لیزر و پلاسما

چکیده

در این تحقیق لایه‌های نازک سیلیکاتی و سیلیکای آلاییده با کربن به روش پلیمریزاسیون پلاسمایی با استفاده از دستگاه کوپل خازنی در فرکانس رادیویی و روی زیرلایه‌های سیلیسیومی انباشت شدند. برای تولید لایه‌ها از ماده اولیه به صورت مایع آلی-سیلیکاتی TEOS استفاده شد و بخار آن با گازهای اکسیژن و استیلن با نسبت شارهای مشخص ترکیب ‌شد. به منظور افزودن عنصر کربن به درون لایه‌های سیلیکاتی، گاز استیلن در ترکیب گازی پلاسما افزوده شد. تأثیر شار گاز استیلن بر ضخامت و ضریب شکست لایه‌ها با استفاده از آزمون بیضی‌سنجی طیفی مورد مطالعه قرار گرفت. علاوه بر این، به منظور بررسی میزان تغییر شفافیت لایه‌ها، جذب اپتیکی آنها نیز با همین روش آزمون تعیین شد. بررسی ریخت‌شناسی سطح لایه‌ها با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد که افزایش شار گاز استیلن در ترکیب پلاسما، موجب افزایش زبری سطح لایه‌ها از 0.1 نانومتر تا 5.3 نانومتر شد. همچنین، نتایج مشخصه‌یابی اپتیکی نشان داد که افزایش گاز استیلن در ترکیب پلاسما موجب افزایش ضریب شکست لایه‌ها از 1.447 تا 1.485 و همچنین افزایش ضریب جذب اپتیکی آن‌ها از 0.8% تا 9.2% شده است. برای ترکیب شدن عناصر کربنی در لایه سیلیکاتی و تغییر خواص آن، اثر افزایش شار گاز استیلن با اثر کاهش اکسیژن در ترکیب پلاسما مقایسه شد.

کلیدواژه‌ها


1. Y.C. Tsai, J. Shieh. Growing invisible silica nanowires on fused silica plates provides highly transparent and superwetting substrates, Appl. Surf. Sci. 479 (2019) 619-625.
2. مظفری نیا رضا، ارزیابی ضریب شکست نور در لایه‌های نازک سیلیکا، نشریه علوم و مهندسی سطح، 5(1388)41-48.
3. V. Hody-Le Caër, E. De Chambrier, S. Mertin, M. Joly, M. Schaer, J.L. Scartezzini, A. Schüler, Optical and morphological characterisation of low refractive index materials for coatings on solar collector glazing, Renew. Energ. 53 (2013) 27-34.
4. بهاری علی و فدایی سیده مژده، ویژگی های نانو ساختار نقره/اکسید سیلیکون، نشریه علوم و مهندسی سطح، 8(1388)41-47.
5. هاشم­زاده یاسر، صالحی مهدی، پنجه­پور مسعود، باقری روح­اله، هاشم­زاده فاطمه، بهبود خواص سایشی پوشش­های شفاف خودرو با افزودن نانو سیلیکای رسوبی،  نشریه علوم و مهندسی سطح، 10(1393)47-53.
6. L.K. Randeniya, A. Bendavid, P.J. Martin, Md.S. Amin, E.W. Preston, F.S. Magdon, Ismail, S. Coe, Incorporation of Si and SiOx into diamond-like carbon films: impact on surface properties and osteoblast adhesion, Acta. Biomater. 5 (2009) 1791–1797.
7. A.S. Chaus, X.H. Jiang, P. Pokorný, D.G.Piliptsou, A.V. Rogachev, Improving the mechanical property of amorphous carbon films by silicon doping, Diam. Relat. Mater. 82 (2018) 137-142.
8. صالحی مژگان، اسحاقی اکبر، آقایی عباسعلی، ارزیابی پایداری شیمیایی نانو پوشش کربن شبه­الماسی لایه نشانی شده بر زیرلایه پلیمری پلی‌کربنات در برابر استون و هیدروکسید سدیم، نشریه علوم و مهندسی سطح، 15(1398)1-9.
9. M. Noborisaka, H. Kodama, S. Nagashima, A. Shirakura, T. Horiuchi, T. Suzuki, Synthesis of transparent and hard SiOC(−H) thin films on polycarbonate substrates by PECVD method, Surf. Coat. Technol. 206 (2012) 2581–2584.
10. M. Abbasi-Firouzjah, S. I. Hosseini, M. Shariat, B. Shokri, The effect of TEOS plasma parameters on the silicon dioxide deposition mechanisms, J. Non-Cryst. Solids 368 (2013) 86-92.
11. Marzieh Abbasi-Firouzjah, Babak Shokri, Characterization of Fluorinated Silica Thin Films with Ultra-Low Refractive Index Deposited at Low Temperature, Thin Solid Films, 577, 2015, 67-73.
12. M. Abbasi-Firouzjah, B. Shokri, Characteristics of ultra low-k nanoporous and fluorinated silica based films prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition, J. Appl. Phys. 114 (2013) 214102-7.
13. M. Abbasi Firouzjah and B. Shokri “Deposition of high transparent and hard optical coating by tetraethylorthosilicate plasma polymerization” Journal of Thin solid films, 698, (2020) 137857.
14. S.I. Hosseini, B. Shokri, M. Abbasi Firouzjah, S. Kushki, and M. Sharifian, "Investigation of the properties of diamond-like carbon thin films deposited by single and dual-mode plasma enhanced chemical vapor deposition", Journal of Thin Solid Film, 519, 3090-3094 (2011).
15. S.I. Hosseini, Z.Javaherian, D. Minai-Tehrani, R. Ghasemi, Z. Ghaempanah, M. Abbasi Firouzjah, B. Shokri, "Antibacterial properties of flourinateddiamond-like carbon films deposited by direct and remote plasma", Journal of Material letters, 188, 84-87, (2017).
16. نسیبه صابری، مرضیه عباسی فیروزجاه، سید ایمان حسینی، بابک شکری، بررسی اثر ضخامت بر مقاومت الکتریکی لایه‌های لایه‌نشانی شده با دو گاز استیلن و متان به روش رسوب‌گذاری بخار شیمیایی پلاسمایی، بیستمین همایش ملی مهندسی سطح، 15 تا 17 بهمن 98.
17. سید ایمان حسینی، سعید کوشکی، مرضیه عباسی فیروزجاه، بابک شکری، "بررسی تأثیر پارامترهای پلاسما بر روی فیلم­های نازک کربنی شبه الماسی"، کنفرانس فیزیک ایران، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، 23 -20 ، 1389.
18. P.J. Stout, M.J. Kushner, J. Vac. Sci. Technol. A 11 (1993) 2562.
19. K. Takizawa, Y.Mori, N.Miyatake, K.Murata, Thin Solid Films 516 (2008) 3605–3609.
20. A. Fridman, L.A. Kennedy, Plasma Physics and Engineering (second edition), CRC Press, Taylor & Francis, )2011(.
21. D. Batory, A. Jedrzejczak,W. Kaczorowski,W. Szymanski, L. Kolodziejczyk, M. Clapa, P. Niedzielski, Influence of the process parameters on the characteristics of silicon incorporated a-C:H:SiOx coatings, Surface and Coatings Technology, 271 (2015)112-118.
22. Hassan, Md Kamrul, Bimal Kumar Pramanik, and Akimitsu Hatta. "Electrical resistivities of the diamond-like carbon films fabricated from methane and acetylene using RF plasma." New Diamond Front. Carbon Technol 16.4 (2006): 211-219.
23. P. Uznanski, B. Glebocki, A. Walkiewicz-Pietrzykowska, J. Zakrzewska, A.M. Wrobel, J. Balcerzak, J. Tyczkowski, Surface modification of silicon oxycarbide films produced by remote hydrogen microwave plasma chemical vapour deposition from tetramethyldisiloxane precursor, Surf. Coat. Technol. 350 (2018) 686–698.
24. H.G. Tompkins, J.N. Hilfiker, Spectroscopic Ellipsometry: Practical Application to Thin Film Characterization, Momentum Press, New York, 2015.
25. P.F. Wang, S.J. Ding, W. Zhang, J.Y. Zhang, J. T. Wang, W.L. Wei, FTIR characterization of fluorine doped silicon dioxide thin films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition, Chin. Phys. Lett., 17 (2000) 912-914.
26. G.F. Zhang, X. Zheng, LJ. Guo, Z.T. Liu and N.K. Xiu, Influence of deposition parameters on the refractive index and growth rate of diamond-like carbon :films, Surface and Coatings Technology, 64 (1994) 127-130.
27. L. Zajıckova, V. Bursıkova, V. Perinab, A. Mackova, J. Janca, Correlation between SiOx content and properties of DLC:SiOx films prepared by PECVD, Surface and Coatings Technology 174 –175 (2003) 281–285.
28. J.C. Damasceno1, S.S. Camargo Jr., Plasma deposition and characterization of silicon oxide-containing diamond-like carbon films obtained from CH4:SiH4:O2 gas mixtures, Thin Solid Films 516 (2008) 1890–1897.
29. M.K. Bhan, J. Huang, D. Cheung, Deposition of stable, low k and high deposition rate SiF4-doped TEOS fluorinated silicon dioxide (SiOF) films, Thin Solid Films 308–309 (1997) 507-511.
30. P.F. Wang, S.J. Ding, W. Zhang, J.Y. Zhang, J. T. Wang, W.L. Wei, FTIR characterization of fluorine doped silicon dioxide thin films deposited by plasma