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乙炔等离子体放电环境与氢化非晶碳膜光学及电学特性的相关性
摘要： 采用常规等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术，通过乙炔（C2H2）等离子体在玻璃基板上沉积了聚合物及类石墨氢化非晶碳（a-C:H）薄膜。使用工作频率为13.56 MHz的射频容性耦合等离子体（RF CCP）源产生放电。光学发射光谱（OES）结果显示，在506 nm波长处存在强烈的二乙炔离子C4H2+光学发射。能量色散X射线（EDS）测量表明，随着功率增加，沉积薄膜中的碳含量升高。拉曼与红外光谱结果表明：低偏压340 V下沉积的薄膜属于高sp3杂化比例、高含氢量的聚合物型a-C:H；而高偏压877 V下沉积的薄膜则属于低sp3杂化比例、低含氢量的类石墨型a-C:H。通过结合Fano模型表达式与洛伦兹函数对拉曼和红外光谱的高不对称振动模式进行拟合，获得了定量分析数据。本研究表明，C4H2+离子发射强度与沉积薄膜特性之间存在关联。
关键词： 光学发射、丁二炔离子、射频电容耦合等离子体、氢化非晶碳、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱
更新于2025-11-14 15:30:11
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2016年欧洲显微镜学大会论文集 || 重新审视电子能量损失谱分析及其与多波长拉曼光谱的联用：以氢化非晶碳薄膜为例
摘要： 得益于其性能的长期稳定性，氢化非晶碳（a:C-H）薄膜作为包括空间应用涂层在内的多种应用的极具前景的材料。为提升其性能，全面理解其局部化学特性至关重要。十五年前，根据Ferrari等人的开创性研究，电子能量损失谱（EELS）是获取此类材料定量信息最常用的技术。如今，EELS背后物理现象的复杂性已广为人知，该技术被视为耗时且难以正确解读。拉曼光谱等其他光学技术目前更受科学界青睐，但它们仍缺乏扫描透射电子显微镜（STEM）中EELS提供的直接获取化学信息的空间分辨率。 厚度约300纳米的a-C:H薄膜沉积在硅片上，并在500°C下进行不同退火时间（最长2500分钟）的等温退火处理。通过多波长（MW）拉曼光谱结合一组参考材料监测氢含量。为从芯损EELS确定sp2比例（sp2%），首先通过考虑π*态的不对称性（图1a）确定R比值（R = Iπ*(ΔE)/I(π*(ΔE)+σ*(ΔE))）。随后将该值通过相对论计算得出的相同实验条件下高取向热解石墨（HOPG）样品可获得的最大R值（RREF）进行归一化（图1b）。必要时，该方法也稍作修改以考虑异质物种的贡献。此外，质量密度和氧含量分别从低损和芯损光谱中推导得出。 EELS C-K边光谱（图2a）均呈现非晶碳的典型特征。然而，292 eV以上峰团的强度因样品而异，清晰显示出sp2%的轻微变化。退火2500分钟的样品还出现一个额外峰（图2a中红色箭头），与薄膜氧化相关。如预期，sp2%随退火时间增加（图2b），该效应与拉曼光谱监测到的薄膜脱氢有关。两个样品不符合此趋势：沉积态样品和退火2500分钟的样品。后者存在强烈氧化，导致sp2%降低。另一方面，沉积态样品显示C-K边精细结构的变化（图3a），突出薄膜中的化学不均匀性。该样品呈现由沉积过程引起的强烈sp2%梯度（图3b），随退火时间减弱。所有这些结果将与氧化对化学和物理性质的影响一起详细讨论。此外，还将探讨多波长拉曼、红外和EELS光谱联用以提取丰富化学信息的方法。我们的结果提供了碳杂化状态、空间元素分析和结构缺陷研究的完整组合，以阐明这些复杂材料。
关键词： 拉曼光谱、氢化非晶碳、电子能量损失谱、sp2键分数
更新于2025-09-23 22:07:10