Оценка разупорядочения и определение массовой плотности ионно-модифицированных тонких углеродных пленок методом РФЭС

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Тонкие углеродные пленки напыляли на поверхность армко-железа методом магнетронного распыления углеродной мишени в среде рабочего газа Ar+. Затем углеродные пленки подвергали имплантации ионов аргона и азота. Для уточнения содержания различным образом гибридизированных (то есть находящихся в различном химическом состоянии) атомов углерода в осажденном материале применена методика анализа спектров потерь энергии фотоэлектронов. Показано, что сателлитная структура C1s-спектров при совместном анализе с РФЭС остовного уровня С1s подтверждает формирование разупорядоченной структуры углеродной пленки и позволяет определять массовую плотность тонких углеродных пленок.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. С. Картапова

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tskartapova@udman.ru
Россия, Ижевск

Ф. З. Гильмутдинов

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: tskartapova@udman.ru
Россия, Ижевск

Список литературы

  1. Шульга Ю.М., Моравский А.П., Лобач А.С., Рубцов В.И. Спектр потерь энергии электронов фуллерена С60, сопровождающий фотоэлектронный пик C1s // Письма в ЖЭТФ. 1992. Т. 55. Вып. 2. С. 137–140.
  2. Kratcshmer W., Lamb L.D., Fostiropoulos K., Huffman D.R. Solid C60: a new form of carbon // Nature. 1990. V. 347. P. 354–358.
  3. Байтингер Е.М., Бржезинская М.М., Шнитов В.В. Плазмоны в графите // Химич. физика и мезоскопия. 2002. Т. 4. № 2. С. 178–187.
  4. Байтингер Е.М., Бржезинская М.М., Шнитов В.В. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами углеродных нанотрубок // Химич. физика и мезоскопия. 2003. Т. 5. № 1. С. 5–19.
  5. Brzhezinskaya M.M., Vinogradov A.S., Krestinin A.V., Zvereva G.I., Kharitonov A.P. Electronic structure of fluorinated single-walled carbon nanotubes studied by X-Ray absorption and photoelectron spectroscopy // Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2010. V. 18. P. 590–594.
  6. Hoffman S. Auger and X-Ray Photoelectron Spectroscopy in Materials Science. Springer Berlin Heidelberg. 2012. P. 528. https://doi.org/10.1007/978-3-642-27381-0
  7. Афанасьев В.П., Попов А.И., Баринов А.Д., Бодиско Ю.Н., Бочаров Г.С., Грязев А.С., Елецкий А.В., Капля И.Н., Мирошникова О.Ю., Ридзель П.С. Анализ углеродных и углеродосодержащих материалов методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии // Микроэлектроника. 2020. Т. 49. № 1. С. 50–57.
  8. Schultrich B. Tetrahedrally Bonded Amorphous Carbon Films I. Basics, Structure and Preparation // Springer Series in Materials Science. 2018. V. 263. P. 769. https://link.springer.com/book/ 10.1007/978-3-662-55927-7
  9. Немошкаленко В.В., Алехин В.Г. Электронная спектроскопия кристаллов. Киев: Наукова думка, 1976. 326 с.
  10. Nesbitt H.W., Bancroft G.M., Davidson R., McIntyre N.S., Pratt A.R. Minimum XPS core-level line widths of insulators, including silicate minerals // Am. Mineral. 2004. V. 89. P. 878–882.
  11. Zakaznova-Herzog V.P., Nesbitt H.W., Bancroft G.M., Tse J.S. High resolution core and valence band XPS spectra of nonconductor pyroxenes // Surf. Sci. 2006. V. 600. P. 3175–3186.
  12. Zakaznova-Herzog V.P., Nesbitt H.W., Bancroft G.M., Tse J.S., Gao X., Skinner W. High-resolution valence-band XPS spectra of the nonconductors quartz and olivine // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. P. 205113.
  13. Bancroft G.M., Nesbitt H.W., Ho R., Shaw D.M., Tse J.S., Biesinger M.C. Toward a comprehensive understanding of solid-state core-level XPS linewidths: Experimental and theoretical studies on the Si2p and O1s linewidths in silicates // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. P. 075405.
  14. Siegbahn K. Electron spectroscopy-an outlook // Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1974. V. 5. Iss. 1. P. 3–97.
  15. Sokolowski E., Nordling C., Siegbahn K. Chemical Shift Effect in Inner Electronic Levels of Cu Due to Oxidation // Phys. Rev. 1958. V. 110. P. 776.
  16. Fahlman A., Hamrin K., Hedman J., Nordberg R., Nordling C., Siegbahn K. Revision of Electron Binding Energies in Light Elements // Nature. 1966. V. 210. P. 4–8.
  17. Fukue H., Nakatani T., Takabayashi S., Okano T., Kuroiwa M., Kunitsugu Sh., Oota H., Yonezawa K. Raman spectroscopy analysis of the chemical structure of diamond-like carbon films deposited via high-frequency inclusion high-power impulse magnetron sputtering // Diamond Related Mater. 2024. V. 142. Р. 110768. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.110768
  18. Moseenkov S.I., Kuznetsov V.L., Zolotarev N.A., Kolesov B.A., Prosvirin I.P., Ishchenko A.V., Zavorin A.V. Investigation of Amorphous Carbon in Nanostructured Carbon Materials (A Comparative Study by TEM, XPS, Raman Spectroscopy and XRD) // Materials. 2023. V. 16(3). Р. 1112. https://doi.org/10.3390/ma16031112
  19. Gengenbach T.R., Major G.H., Linford M.R., Easton C.D. Practical guides for x-ray photoelectron spectroscopy (XPS): Interpreting the carbon 1s spectrum // J. Vac. Sci. Technol. A. 2021. V. 39. Iss. 1. P. 023207.
  20. Гомоюнова М.В. Электронная спектроскопия поверхности твердого тела // Успехи физ. наук. 1982. Т. 136. № 1. С. 105–148.
  21. Pinder J., Major G., Baer D., Terry J., Whitten J., Cechal J., Crossman J., Lizarbe A., Jafari S., Easton Ch., Baltrusaitis J., van Spronsen M., Linford M. Avoiding common errors in x-ray photoelectron spectroscopy data collection and analysis, and properly reporting instrument parameters // Appl. Surface Sci. Advances. 2024. V. 19. Р. 100534. https://doi.org/ 10.1016 /j.apsadv. 2023. 100534
  22. Щапова Ю.В., Вотяков С.Л., Кузнецов М.В., Ивановский А.Л. Влияние радиационных дефектов на электронную структуру циркона по данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии // ЖСХ. 2010. Т. 51. № 4. С. 687–692.
  23. Щапова Ю.В., Замятин Д.А., Вотяков С.Л., Жидков И.С., Кухаренко А.И., Чолах С.О. Атомная и электронная структура радиационно-поврежденного монацита: совместный анализ данных рамановской и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Минералы: строение, свойства, методы исследования: материалы XI Всероссийской молодежной научной конференции (Екатеринбург, 25–28 мая, 2020). Екатеринбург: Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2020. C. 328–330.
  24. Dukes C.A., Baragiola R.A., McFadden L.A. Surface modification of olivine by H+ and He+ bombardment // J. Geophys. Res.: Planets. 1999. V. 104 (E1). P. 1865–1872.
  25. Loeffler M.J., Dukes C.A., Baragiola R.A. Irradiation of olivine by 4 keV He+: Simulation of space weathering by the solar wind // Geophys. Res. 2009. V. 114. P. E03003.
  26. Зигбан К., Нордлинг К., Фальман А. и др. Электронная спектроскопия / Пер. с англ. Под ред. И.Б. Боровского. М.: Мир, 1971. 493 с.
  27. Картапова Т.С., Бакиева О.Р., Воробьев В.Л., Колотов А.А., Немцова О.М., Сурнин Д.В., Михеев Г.М., Гильмутдинов Ф.З., Баянкин В.Я. Характеризация тонких углеродных пленок на поверхности железа, сформированных магнетронным напылением с ионно-лучевым перемешиванием // ФТТ. 2017. Т. 59. № 3. С. 594–600.
  28. Михеев К.Г., Шендерова О.А., Когай В.Я., Могилева Т.Н., Михеев Г.М. Раман-спектры наноалмазов детонационного и статического синтеза и влияние лазерного воздействия на их спектры люминесценции // Химич. физика и мезоскопия. 2017. Т. 19. № 3. С. 396–408.
  29. Mikheev K.G., Mogileva T.N., Fateev A.E., Nunn Nicholas A., Shenderova O.A., Mikheev G.M. Low-Power Laser Graphitization of High Pressure—High Temperature Nanodiamond Films // Applied Sciences. 2020. V. 10. No. 9. P. 3329.
  30. Новиков Н.В., Кочержинский Ю.А., Шульман Л.А. и др. Физические свойства алмаза: Справочник / Под ред. Н.В. Новикова. Киев: Наукова думка, 1987. 188 с.
  31. Васильев Л.А., Белых З.П. Алмазы, их свойства и применение. М.: Недра, 1983. 101 с.
  32. Shirley D.A. High-Resolution X-Ray Photoemission Spectrum of the Valence Bands of Gold // Phys. Rev. B. 1972. V. 5. No. 12. P. 4709–4714. http://www.srim.org.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектры потерь энергии фотоэлектронов: 1 – ВОПГ, 2 – НАСС.

Скачать (19KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РФЭ C1s-спектры (а) и спектры КРС (б): 1 – ВОПГ; 2 – поликристаллический графит (мишень); 3 – углеродная пленка на железе; 4 – углеродная пленка на железе после имплантации ионов аргона; 5 – углеродная пленка на железе после имплантации ионов азота. В скобках указаны величины ПШПВ.

Скачать (58KB)
Метаданные
4. Рис. 3. N1s-спектр углеродной пленки после имплантации ионов азота.

Скачать (21KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сателлиты π+σ С1s-спектров образца ВОПГ (1), углеродной пленки на армко-железе (2), углеродной пленки, подвергнутой имплантации ионов аргона с Е = 30 кэВ, D = 1017 ион/см2 (3), углеродной пленки, подвергнутой имплантации ионов азота с Е = 30 кэВ, D = 1017 ион/см2 (4).

Скачать (30KB)
Метаданные