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氮化碳薄膜的制备及其光学性质

许展  
【摘要】:氮化碳薄膜具有许多类似金刚石薄膜的优良特性,如硬度高、耐磨损、抗腐蚀、摩擦系数小、电子亲合势低、化学性质稳定等。因而受到国际上广泛的重视。多年来研究主要聚焦在它的制备、表征和力学性质方面。近年来在电学性质和冷阴极电子场发射方面引起了关注。而有关它的光学性质的研究报道的较少。 本文介绍了氮化碳材料的晶体结构,能带结构,力学、电学和微电子性质以及常用的制备方法。着重讨论了磁控反应溅射的原理和特点,并通过改变溅射功率制备出了不同氮含量的CN_X薄膜。研究了薄膜的化学键结构,光学性质,表面形态以及热稳定性。 AFM(原子力显微镜)显示,随着溅射功率的增加,CN_X薄膜的表面粗糙度从1.19nm增加到2.28nm,其表面光洁度明显优于同功率下制备的α-C膜(粗糙度为3.79nm)。DTA-TG(差热—热重)分析显示所得氮化碳薄膜在室温至1000℃的热重分析过程中几乎没有大的变化,显示出α-CN_X薄膜的良好的热稳定性。XRD(X射线衍射)分析所得氮化碳膜无明显衍射峰为无定型氮化碳膜(α-CN_X)。XPS(X射线光电子能谱)被用来分析了薄膜的成分,N1_S和C1_S能谱显示薄膜中存在N-sp~3C和N-sp~2C价健,样品的氮碳比随溅射功率的减少而增加,其中以276W溅射功率制备的样品氮碳比达0.5。拉曼光谱显示I_D/I_G随着氮碳比的增加而降低。红外/可见分光光度计被用来测量氮化碳薄膜的透射率,所有氮化碳样品的透射率都在75%左右,透光带随着薄膜含氮量的增加而向紫外区拓展,从620nm(氮碳比为0.18的样品)扩展到410nm(氮碳比0.5的样品),计算结果显示通过改变含氮量获得了具有不同光学带隙的氮化碳样品,0.5碳氮比样品的光学带隙达到了2.3eV,可适用于不同带隙要求的场合。 结果表明,随着溅射功率的增加,氮化碳薄膜的光学性质不断提高。薄膜良好的热稳定性,以及独特的透光带随氮含量的增加而拓宽的特性使得其具有作为为增透,导热,保护膜的发展潜力,在光电技术领域具有广阔的应用前景。


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