一提到金剛石這個詞想必大家都不陌生了,,今天要說的也是金剛石家族的一個成員——金剛石薄膜,。
什么是金剛石薄膜,?
金剛石薄膜是20世紀80年代中后期迅速發(fā)展的一種優(yōu)良的人工制備材料,。通常以甲烷,、乙炔等碳氫化合物為原料,,用熱燈絲裂解,、微波等離子體氣相淀積、電子束離子束轟擊鍍膜等技術(shù),,在硅,、碳化硅、碳化鎢,、氧化鋁,、石英、玻璃,、鉬,、鎢、鉭等各種基板上反應(yīng)生長而成,。
集諸多優(yōu)點于一身的金剛石薄膜,,它不僅具有金剛石的硬度,還有良好的導(dǎo)熱性,、良好的從紫外到紅外的光學(xué)透明性以及高度的化學(xué)穩(wěn)定性,。在半導(dǎo)體、光學(xué),、航天航空工業(yè)和大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景,。至今為止,已在硬質(zhì)切削刀具,、X射線窗口材料,、貴重軟質(zhì)物質(zhì)保護涂層等應(yīng)用中具有出色的表現(xiàn)。
隨著金剛石薄膜的研發(fā)需求和生產(chǎn)規(guī)模不斷壯大,,是否有一套可靠的表征方法呢,?
當然有!
拉曼光譜用于碳材料的分析已有四十多年,,時至今日也形成了很多比較完善的理論,。對于不同形式的碳材料,如金剛石,、石墨,、富勒烯等,其拉曼光譜具有明顯的特征譜線差異,。
此外,拉曼光譜測試是非破壞性的,,對樣品沒有太多要求,,不需要前處理過程,可以直接檢測片狀,、固體,、微粉、薄膜等各種形態(tài)的樣品。
拉曼光譜檢測方法
測試儀器:安東帕Cora5001拉曼光譜儀
金剛石薄膜的應(yīng)力值是非常重要的質(zhì)量指標,。金剛石薄膜和基體之間熱膨脹的差異以及其他效應(yīng)(如點陣錯配,、晶粒邊界的成鍵和薄膜生長過程中的成鍵變化等)導(dǎo)致了生長后的薄膜存在殘余應(yīng)力。典型可見光激光激發(fā)的拉曼光譜在1000-2000cm-1包含了金剛石薄膜的應(yīng)力信息,。對于較小的應(yīng)力,,拉曼譜圖表現(xiàn)為偏離本征頻率的一個單峰,并且譜峰會變寬,。在高達140GPa的壓力下,,拉曼位移甚至能夠偏移到1650cm-1,與此同時線寬增加了2cm-1,。
下圖是安東帕Cora5001拉曼光譜儀檢測的一張典型的非有意摻雜的金剛石薄膜的拉曼譜圖,。
圖中可以發(fā)現(xiàn),除了位于1332cm-1的一階拉曼譜線以外,,也能夠觀測到其他很多拉曼譜峰,,典型譜峰的位置和指認如表1中所示。
峰位/cm-1 | 指認 |
1100~1150 | 可能是反聚乙炔的C=C鍵伸展和扭動模式造成的 |
1332 | 金剛石的一階拉曼譜線 |
1345 | sp2無定形碳(D模) |
1430~1470 | 可能是反聚乙炔的C=C鍵伸展和扭動模式造成的 |
1520~1580 | sp2無定型碳(G模) |
表1:金剛石薄膜譜峰位置以及指認
結(jié)論:根據(jù)金剛石薄膜的拉曼光譜,,我們可以根據(jù)靜壓力模型并加以合適的校正算法來推導(dǎo)出應(yīng)力值,,還可以根據(jù)譜圖分析摻雜情況,用于綜合評價金剛石薄膜的產(chǎn)品質(zhì)量,。
安東帕Cora5001拉曼光譜儀
Cora 5001系列拉曼光譜儀在金剛石材料的檢測中具備很大優(yōu)勢:
碳材料分析模式:智能分析軟件中的Carbon Analysis Model可以自動進行尋峰,、進行峰形擬合,再計算碳材料特征拉曼峰的信息,。
一級激光:金剛石材料的拉曼檢測多使用532nm激發(fā),,有時也需要使用785nm激光激發(fā),Cora5001可以做到一級激光的安全性能,。
自動聚焦:Cora5001 (Direct)樣品倉室內(nèi)配置了自動聚焦調(diào)整樣品臺,,根據(jù)儀器自帶的聚焦算法可以輕松實現(xiàn)聚焦,使拉曼測試變得簡單便捷,。
雙波長可選:金剛石家族的拉曼光譜與入射激光波長密切相關(guān),,多一種波長選擇也許會得到不同的信息,這為信息互補提供必要條件,?!半p波長拉曼”每個波長都配置獨立的光譜系統(tǒng),只需按一下按鍵即可從一個波長輕松切換到另一個波長,,無需額外調(diào)整樣品,。
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