Структурні та морфологічні властивості нанометрових вуглецевих плівок, отриманих розпиленням графіту електронним променем

V.O. Yukhymchuk; V.M. Dzhagan; O.F. Isaieva; P.M. Lytvyn; A.A. Korchovyi; T.M. Sabov; V.B. Lozinskii; V.S. Yefanov; V.O. Osokin; Yu.A. Kurapov

doi:10.15407/ujpe68.11.764

Структурні та морфологічні властивості нанометрових вуглецевих плівок, отриманих розпиленням графіту електронним променем

Автор(и)

V.O. Yukhymchuk V.Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5218-9154
V.M. Dzhagan V.Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7839-9862
O.F. Isaieva V.Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0003-1313-5409
P.M. Lytvyn V.Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0131-9860
A.A. Korchovyi V.Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0002-8848-7049
T.M. Sabov V.Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0003-2636-2379
V.B. Lozinskii V.Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7787-0456
V.S. Yefanov V.Ye. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0001-5408-1086
V.O. Osokin Ye.O. Paton Electric Welding Institute, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0632-7739
Yu.A. Kurapov Ye.O. Paton Electric Welding Institute, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe68.11.764

Ключові слова:

вуглецевi аморфнi плiвки, графiтоподiбнi плiвки, раманiвська спектроскопiя, електронне розпилення, XPS, АСМ

Анотація

Методом електронного розпилення графiту отримано нанометровi вуглецевi плiвки на металевих (мiдних, сталевих) та кремнiєвих пiдкладинках. Температура пiдкладок варiювалася вiд 350 до 600 ^оС з кроком 50 ^оС, а час напилення – вiд 1 до 10 с. Отриманi вуглецевi плiвки характеризувалися методами раманiвської спектроскопiї, X-променевої фотоелектронної спектроскопiї (XPS), атомно-силової мiкроскопiї та електронного парамагнiтного резонансу (EPR). З аналiзу раманiвських спектрiв встановлено, що при температурах металевих пiдкладок до 400 ^оС, сформованi на них вуглецевi плiвки є аморфними, при вищих температурах мають графiтоподiбну структуру. На кремнiєвих пiдкладинках при всiх температурах до 600 ^оС формуються аморфнi вуглецевi плiвки. Отриманi результати з раманiвських спектрiв корелюють з даними XPS. Показано, що на морфологiю плiвок впливає як температура пiдкладок, так i їхнiй тип (металева чи кремнiєва). Зi збiльшенням температури пiдкладок вiд 350 до 600 ^оС середнi розмiри нерiвностей на поверхнi вуглецевих плiвок зростають як на металевих, так i на кремнiєвiй пiдкладинках. EPR дослiдження показали, що наявнi в плiвках структурнi дефекти, якi зумовлюють прояв у раманiвських спектрах так званих дефектних смуг (D та D′), є не парамагнiтними.

Посилання

J. Khan, S.A. Momin, M. Mariatti. A review on advanced carbon-based thermal interface materials for electronic devices. Carbon 168, 65 (2020).

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.06.012

J. Vejpravov'a. Mixed sp2 − sp3 nanocarbon materials: A status quo review. Nanomaterials 11, 2469 (2021).

https://doi.org/10.3390/nano11102469

M. Rouhani, J. Hobley, F. Chau-Nan Hong, Ye.-R. Jeng. In-situ thermal stability analysis of amorphous Si-doped carbon films. Carbon 184, 772 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.08.075

L. Li, D. Zhang, J. Deng, Y. Gou, J. Fang, H. Cui, Y. Zhao, M. Cao. Carbon-based materials for fast charging lithiumion batteries. Carbon 183, 721 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.07.053

F. Yin, W. Yue, Y. Li, S. Gao, C. Zhang, H. Kan, H. Niu, W. Wang, Y. Guo. Carbon-based nanomaterials for the detection of volatile organic compounds: A review. Carbon 180, 274 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.04.080

V.S. Kiselov, V.O. Yukhymchuk, M.Ya. Valakh, M.P. Tryus, M.A. Skoryk, A.G. Rozhin, S.A. Kulinich, A.E. Belyaev. Biomorphous SiC ceramics prepared from cork oak as precursor. J. Phys. Chem. Solids 91, 145 (2016).

https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2016.01.003

R. Kumar, S. Sahoo, E. Joanni, R.K. Singh, W.K. Tan, K.K. Kar, A. Matsuda. Recent progress on carbon-based composite materials for microwave electromagnetic interference shielding. Carbon 177, 304 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.02.091

J. Robertson. Amorphous carbon. Adv. Phys. 35, 317 (1986).

https://doi.org/10.1080/00018738600101911

M. Chhowalla, A.C. Ferrari, J. Robertson, G.A.J. Amaratunga. Evolution of sp2 bonding with deposition temperature in tetrahedral amorphous carbon studied by Raman spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 76, 1419 (2000).

https://doi.org/10.1063/1.126050

A.C. Ferrari, J. Robertson. Resonant Raman spectroscopy of disordered, amorphous, and diamondlike carbon. Phys. Rev. B 64, 075414 (2001).

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.075414

Z. Seker, H. Ozdamar, M. Esen, R. Esen, H. Kavak. The effect of nitrogen incorporation in DLC films deposited by ECR Microwave Plasma CVD. Appl. Surf. Sci. 314, 46 (2014).

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.06.137

N. Paik. Raman and XPS studies of DLC films prepared by a magnetron sputter-type negative ion source. Surf. Coat. Technol. 200, 2170 (2005).

https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.08.073

K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, L.V. Grigorieva, A.A. Firsov. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science 306, 666 (2004).

https://doi.org/10.1126/science.1102896

Yu.A. Kurapov, L.A. Krushinskaya, V.V. Boretsky. Morphology of surface and fine structure of thick carbon films, produced by electron beam evaporations of carbon. Electrometall. Today 02, 53 (2017).

https://doi.org/10.15407/sem2017.02.08

J. Robertson. Diamond-like amorphous carbon. Mater. Sci. Eng. R 37, 129 (2002).

https://doi.org/10.1016/S0927-796X(02)00005-0

L. Liu, M. Qing,Y. Wang, S. Chen. Defects in graphene: Generation, healing, and their effects on the properties of graphene: A review. J. Mater. Sci. Technol. 31, 599 (2015).

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2014.11.019

A.C. Ferrari, J. Robertson. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Phys.Rev. B 61, 14095 (2000).

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.61.14095

Ѕ.A. Konchits, B.D. Shanina, S.V. Krasnovyd, V.O. Yukhymchuk, O.M. Hreshchuk, M.Ya. Valakh, M.A. Skoryk, S.A. Kulinich, A.E. Belyaev, D.A. Iarmolenko. Structure and electronic properties of biomorphic carbon matrices and SiC ceramics prepared on their basis. J. Appl. Phys. 124, 135703 (2018).

https://doi.org/10.1063/1.5042844

L.G. Cancado, K.Takai,T. Enoki, M. Endo, Y. Kim, H. Mizusaki, A. Jorio, L. Coelho. R. Paniago, M.A. Pimenta. General equation for the determination of the crystallite size L[a] of nanographite by Raman spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 88, 163106 (2006).

https://doi.org/10.1063/1.2196057

J. Etula, N. Wester, S. Sainio, T. Laurila, J. Koskinen. Characterization and electrochemical properties of irondoped tetrahedral amorphous carbon (ta-C) thin films. RSC Adv. 8, 26356 (2018).

https://doi.org/10.1039/C8RA04719G

M. Rouhani, J. Hobley, F. Chau-Nan Hong, Yeau-Ren Jeng. In-situ thermal stability analysis of amorphous Sidoped carbon films. Carbon 184, 772 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.08.075

J. Vegh. The Shirley-equivalent electron inelastic scattering cross-section function. Surface Science 563, 183 (2004).

https://doi.org/10.1016/j.susc.2004.06.154

Downloads

Опубліковано

2023-12-18

Як цитувати

Yukhymchuk, V., Dzhagan, V., Isaieva, O., Lytvyn, P., Korchovyi, A., Sabov, T., Lozinskii, V., Yefanov, V., Osokin, V., & Kurapov, Y. (2023). Структурні та морфологічні властивості нанометрових вуглецевих плівок, отриманих розпиленням графіту електронним променем. Український фізичний журнал, 68(11), 764. https://doi.org/10.15407/ujpe68.11.764

Завантажити посилання

Номер

Том 68 № 11 (2023)

Розділ

Напівпровідники і діелектрики

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.