بررسي اثر آنيل حرارتي بر خواص شيميايي و نوري لايه هاي نازك كربن شبه الماسي

The investigation of Thermal annealing effect on the chemical and optical properties of diamond-like carbon thin films

در اين تحقيق لايه‌هاي كربن شبه الماسي روي زيرلايه‌هاي سيليكوني به روش بيم يوني و به كمك گازهاي پروپان و آرگون لايه‌نشاني شدند. سپس اثرات آنيل حرارتي (در محدوده دمايي 200 تا 500 درجه سانتي‌گراد) روي خواص شيميايي و اپتيكي لايه‌هاي نازك كربن شبه الماسي ارزيابي شد. ساختار، مورفولوژي و پيوندهاي شيميايي لايه‌ها به ترتيب با روش‌هاي طيف‌سنجي رامان، ميكروسكوپي الكتروني روبشي گسيل ميداني و طيف‌سنجي تبديل فوريه مادن قرمز مورد آناليز قرار گرفت. نتايج آناليز رامان اثبات كرد كه آنيل حرارتي سبب تغيير شبكه‌هاي زنجيره‌اي به حلقه‌هاي آروماتيك مي‌شود. بر اساس نتايج ميكروسكوپي الكتروني روبشي گسيل ميداني ترك‌هاي ميكرو در لايه آنيل شده با دماي 200 درجه سانتي‌گراد تشكيل شد. همچنين نتايج آناليز طيف‌سنجي تبديل فوريه مادن قرمز نشان داد كه با افزايش دماي آنيل، عبور لايه‌هاي كربن شبه الماسي در محدوده طول‌موجي 5-3 ميكرومتر كاهش مي‌يابد. علاوه بر اين نتايج نشان داد كه تجزيه لايه‌هاي كربن شبه الماسي از دماي 300 درجه سانتي‌گراد آغاز مي‌شود و همچنين افزايش دماي آنيل تا 500 درجه سانتي‌گراد باعث اكسايش بخش عمده‌اي از لايه شد.

In this work, diamond-like carbon (DLC) films were deposited on silicon substrate by an ion beam method (IBM) using propane (C3H8) and argon (Ar) gases. Then, thermal annealing effects (from 200ºC to 500ºC) on the chemical and optical properties of the diamond-like carbon thin films were investigated. Structures, morphology, chemical and optical properties of the films were investigated by Raman spectroscopy, field emission scanning electron microscopy (FESEM) and fourier transform infrared (FTIR) spectrometry methods. The Raman results proved that increasing of the annealing temperature (Ta) cause to the conversion of chain links to aromatic rings. Based on the FESEM results, the micro-cracks were formed in the film at 200 ºC. Altogether the results showed that decomposition of the DLC films begins at the annealing temperature above 300 °C. As Ta was further increased to 500 °C, the main part of the film was oxidized. Also FTIR analysis indicated that by increasing Ta, the transmission of the DLC film was decreased in the wavelength range of 3-5 μm.