ارزیابی خواص نوری و ساختاری لایه نازک کربن آمورف گرافیتی انباشت شده به روش کندوپاش پرتو یونی در انرژی یون متفاوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 سازمان انرژی اتمی- پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای- پژوهشکده کاربرد پرتوها

2 پژوهشکده فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، تهران، ایران

3 پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی های نو، سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران

4 پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم وفنون هسته ای

چکیده

در تحقیق حاضر لایه نازک کربن آمورف گرافیتی به روش کندوپاش پرتو یونی بر زیرلایه شیشه انباشت شده است. تاثیر انرژی یون در محدوده گسترده از keV 8/1 تا keV 5 بر خواص نوری و ساختاری لایه نازک کربن آمورف بررسی شده است. نتایج بررسی خواص نوری و ساختاری به ترتیب با استفاده از طیف‏سنجی مرئی- فرابنفش و طیف‏سنجی رامان نشان‏دهنده ارتباط مستقیم تحولات ساختاری و فیزیکی می‏باشد. نتایج بررسی طیف‏سنجی رامان نشان‏دهنده تحولات ساختاری لایه نازک کربن آمورف در محدوده تحولات گرافیتی-گرافیتی نانوکریستالی می‏باشد. اندازه‏گیری طیف عبور نمونه‏ها، افزایش میزان عبور نور در محدوده مرئی با افزایش انرژی یون از keV 3 را نشان می‏دهد که با افزایش نسبت ID/IG و کاهش ضخامت لایه همراه است. مقاومت الکتریکی اندازه‏گیری شده توسط روش چهار‏کاوه و شکاف انرژی نوری در محدوده مذکور نیز روند افزایشی دارد. براساس نتایج بدست آمده با استفاده از معادله تاک حداکثر شکاف انرژی نوری لایه نازک کربن آمورف eV75/3 مربوط به لایه انباشت شده با اندازه‏ی خوشه‏های گرافیتی برابر با nm 5 می‏باشد.

کلیدواژه‌ها


1. O. Kutsay, A. Gontar, N. Novikov, S. Dub, V. Tkach, B. Gorshtein, O. Mozkova, Diamond-like carbon films in multilayered interference coatings for IR optical elements, Diamond and related materials, 10 (2001) 1846-1849.
2. P. Mahtani, Optical and Structural Characterization of Amorphous Carbon Films, in, 2010.
3. M. Alaluf, J. Appelbaum, L. Klibanov, D. Brinker, D. Scheiman, N. Croitoru, Amorphous diamond-like carbon films—a hard anti-reflecting coating for silicon solar cells, Thin Solid Films, 256 (1995) 1-3.
4. N. Klyui, V. Litovchenko, A. Rozhin, V. Dikusha, M. Kittler, W. Seifert, Silicon solar cells with antireflection diamond-like carbon and silicon carbide films, Solar energy materials and solar cells, 72 (2002) 597-603.
5. Y. Pauleau, Generation and evolution of residual stresses in physical vapour-deposited thin films, Vacuum, 61 (2001) 175-181.
6. L. Bai, G. Zhang, Z. Wu, J. Wang, P. Yan, Effect of different ion beam energy on properties of amorphous carbon film fabricated by ion beam sputtering deposition (IBSD), Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 269 (2011) 1871-1877.
7. A.M. Asl, P. Kameli, M. Ranjbar, H. Salamati, M. Jannesari, Correlations between microstructure and hydrophobicity properties of pulsed laser deposited diamond-like carbon films, Superlattices and Microstructures, 81 (2015) 64-79.
8. Y. Tang, Y. Li, Q. Yang, A. Hirose, Characterization of hydrogenated amorphous carbon thin films by end-Hall ion beam deposition, Applied Surface Science, 257 (2011) 4699-4705.
9. C. Corbella, M. Vives, A. Pinyol, E. Bertran, C. Canal, M.C. Polo, J.L. Andújar, Preparation of metal (W, Mo, Nb, Ti) containing a-C:H films by reactive magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology, 177-178 (2004) 409-414.
10. W.S. Choi, B. Hong, Y. Jeon, K. Kim, J. Yi, Synthesis and characterization of diamond-like carbon protective ar coating, Journal of the Korean Physical Society, 45 (2004) 864-867.
11. S. Aisenberg, R. Chabot, Ion- Beam Deposition of Thin Films of Diamondlike Carbon, Journal of Applied Physics, 42 (1971) 2953-2958.
12. C. Donnet, A. Erdemir, Tribology of diamond-like carbon films: fundamentals and applications, Springer Science & Business Media, 2007.
13. W. Bult, M. Vente, B. Zonnenberg, A.V.H. Schip, J. Nijsen, Microsphere radioembolization of liver malignancies: current developments, The Quarterly journal of nuclear medicine and molecular imaging, 53 (2009) 325.
14. W. Ensinger, Low energy ion assist during deposition—an effective tool for controlling thin film microstructure, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 127 (1997) 796-808.
15. I. Ahmad, S. Roy, M.A. Rahman, T. Okpalugo, P. Maguire, J. McLaughlin, Substrate effects on the microstructure of hydrogenated amorphous carbon films, Current Applied Physics, 9 (2009) 937-942.
16. X. Peng, Z. Barber, T. Clyne, Surface roughness of diamond-like carbon films prepared using various techniques, Surface and Coatings Technology, 138 (2001) 23-32.
17. Q. Jun, L. Jianbin, W. Shizhu, W. Jing, L. Wenzhi, Mechanical and tribological properties of non-hydrogenated DLC films synthesized by IBAD, Surface and Coatings Technology, 128 (2000) 324-328.
18. E. Mohagheghpour, M. Rajabi, R. Gholamipour, M. Larijani, S. Sheibani, Correlation study of structural, optical and electrical properties of amorphous carbon thin films prepared by ion beam sputtering deposition technique, Applied Surface Science, 360 (2016) 52-58.
19. محقق‏پور الهام، رجبی مرجان، غلامی‏پور رضا، مجتهدزاده لاریجانی مجید، شیبانی شهاب،  بررسی اثر دمای زیرلایه بر خواص ساختاری و فیزیکی لایه نازک کربن انباشت شده به روش کندوپاش پرتو یونی، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد. 4 (1396) 10-1.
20. H. Dai, X. Cheng, C. Wang, Y. Xue, Z. Chen, Structural, optical and electrical properties of amorphous carbon films deposited by pulsed unbalanced magnetron sputtering, Optik, 126 (2015) 861-864.
21. E. Mohagheghpour, M. Rajabi, R. Gholamipour, M.M. Larijani, S. Sheibani, Ion beam energy dependence of surface and structural properties of amorphous carbon films deposited by IBSD method on Ni–Cu alloy, Journal of Materials Research, 32 (2017) 1258-1266.
22. J.-K. Shin, C.S. Lee, K.-R. Lee, K.Y. Eun, Effect of residual stress on the Raman-spectrum analysis of tetrahedral amorphous carbon films, Applied Physics Letters, 78 (2001) 631-633.
23. J. Robertson, Diamond-like amorphous carbon, Materials science and engineering: R: Reports, 37 (2002) 129-281.
24. I. Alexandrou, A. Papworth, B. Rafferty, G. Amaratunga, C. Kiely, L. Brown, Calculation of the electronic structure of carbon films using electron energy loss spectroscopy, Ultramicroscopy, 90 (2001) 39-45.
25. A.C. Ferrari, J. Robertson, Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon, Physical review B, 61 (2000) 14095.
26. Y. Lu, S. Huang, C. Huan, X. Luo, Amorphous hydrogenated carbon synthesized by pulsed laser deposition from cyclohexane, Applied Physics A, 68 (1999) 647-651.
27. A. Ferrari, A. LI BASSI, B. Tanner, V. Stolojan, J. Yuan, L. Brown, S. Rodil, B. Kleinsorge, J. Robertson, Density, sp3 fraction and cross-sectional structure of amorphous carbons by x-ray reflectivity and electron energy loss spectroscopy, (2000).