Синтез и ионно-лучевая модификация алмазоподобных углеродных плёнок тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

БАЗАРОВ ВАЛЕРИЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

СИНТЕЗ И ИОННО-ЛУЧЕВАЯ МОДИФИКАЦИЯ АЛМАЗОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЁНОК

01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

КАЗАНЬ - 2003

Рабата выполнена в лаборатории Радиационной физики Казанского физико-технического института имени Е.К.Завойского КазНЦ РАН

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Файзрахманов Ильдар Абдулкабирович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник Богданова Халида Галимзяновна

кандидат физико-математических наук, доцент Парфёнов Виктор Всеволодович

Ведущая организация: ФГУП НПО "Государственный институт

прикладной оптики", г.Казань

Защита состоится " " (ССЪ&ЁуОЛ_2003 г. в часов 00 минут на

заседании диссертационного совета Д212.082.01 при Казанском государственном энергетическом университете по адресу: 420066, Казань, ул. Красносельская, 51.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного энергетического университета.

Автореферат разослан

" 19-" _2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

2ooJ-A

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Алмазоподобные плёнки углерода впервые были синтезированы в 1971 г. и с тех пор интерес к ним не ослабевает. По комплексу своих физико-химических и механических свойств они близки к алмазу, и это определяет широкую область их практического применения. Кроме того, они могут использоваться в качестве материалов для низковольтных эмиттеров, а также солнечных элементов, о чём свидетельствуют появившиеся в' последнее время публикации.

Фундаментальный интерес к этим плёнкам определяется их необычной нанокластерной структурой. В отличие от классических аморфных полупроводников, таких как a-Si и a-Ge, структура плёнок образована алма-зоподобной аморфной матрицей, в которую встроены фрагменты графитовых плоскостей нанометрового размера - графитоподобные нанокластеры. При этом размеры и концентрация нанокласгеров решающим образом влияют на все электронные свойства плёнок. В частности, благодаря размерному квантованию оптическая щель этих плёнок отлична от нуля и определяется средним размером нанокластеров.

Исследования последних лет свидетельствуют о том, что ионная имплантация является одним из эффективных методов создания нанокомпозитных материалов. Другим не менее важным и интересным направлением в ионной имплантации может стать модификация, т.е. направленное изменение свойств уже созданных наноструктурных материалов. Здесь, как мы и ожидали, имеется принципиальное отличие от ионно-лучевой модификации однородных но структуре материалов, которое обусловлено малым размером структурных составляющих таких сред, в качестве которых, как правило, выступают наночастицы. Во-первых, близость границы, являющейся эффективным стоком радиационных дефектов, препятствует накоплению радиационных дефектов в наночастицах, что делает наноструктурные материалы в целом радиационно -устойчивыми. Во-вторых, нанометровые размеры структурных составляющих приводят к тому, что взаимодействие каждого элемента даже с одним примесным

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

атомом или молекулой может кардинально изменить электронный спектр элемента и, следовательно, электронные свойства всего нанокомпозита в целом.

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы является разработка физических основ применения ионной имплантации для синтеза и прецизионной модификации структуры и электронных свойств алмазоподобных углеродных плёнок.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Впервые установлено однозначное соответствие между параметрами зависимости Тауца ((аЕ)1Я = В(Е-Е8Т) ) ЕвТ - шириной оптической псевдощели и В

- коэффициентом, характеризующим наклон зависимости Тауца. с одной стороны, и концентрацией и характерными размерами графитоподобных нанокластеров с другой.

Впервые предложена модель туннельных барьеров, позволившая получить зависимость низкотемпературной проводимости алмазоподобных плёнок от размера графитоподобных нанокластеров.

Установлено, что доминирующими эффектами при ионной имплантации алмазоподобных углеродных (ПЬС) плёнок являются увеличение размеров нанокластеров и накопление радиационных дефектов. При этом последний эффект сдвинут в область более высоких доз облучения по сравнению с однородными по структуре материалами. Впервые установлено, что при облучении тяжёлыми ионами (|31Хе++) при сверхнизких дозах облучения (ЕХбхЮ13 см'2) происходит уменьшение концентрации и размеров нанокластеров, а имплантация ионов азота (,4Ы+) приводит к существенному изменению как электронной, так и колебательной структуры графитоподобных нанокластеров.

- Обнаружен новый тип азот-углеродных графитоподобных нанокластеров.

Научная и практическая значимость:

- Применение ионной стимуляции растущей алмазоподобной углеродной плёнки под скользящими углами позволяет существенно упростить оборудование для ионно-лучевого синтеза алмазоподобных углеродных плёнок и вместе с тем получать плёнки с высоким содержанием алмазоподобной фазы.

Предложенный режим осаждения, основанный на механизме каскадного перемешивания и образования переходного слоя плёнка/подложка на начальной стадии формирования пленки, позволяет существенно повысить адгезионную прочность плёнок.

- Предложенная методика оценки концентрации и среднего размера гра-фитоподобных нанокластеров по оптическим спектрам отражения и пропускания позволяет эффективно и бесконтактным способом оценивать содержание в плёнке алмазоподобной фазы, определяющей прочностные характеристики плёнок.

Установлены режимы и параметры ионной имплантации, позволяющие в широких пределах управлять структурными характеристиками алмазоподобных углеродных плёнок.

На защиту выносятся следующие основные положения:

Оригинальный метод и режим ионно-лучевого осаждения алмазоподобных плёнок.

- Метод оценки концентрации и среднего размера графитоподобных нанокластеров в алмазоподобной углеродной плёнке по оптическим спектрам отражения и пропускания.

Результаты сравнительного анализа дозовых зависимостей концентрации и среднего размера графитоподобных нанокластеров при имплантации легких (|2С), тяжелых (шХе) и химически активных (14N) ионов.

Результаты исследования нового типа азот-углеродных графитоподобных нанокластеров.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на X международной конференции IBMM'96 (Albuquerque, USA, 1996); на XI международной конфергнции IBMM'98 (Amsterdam, The Netherlands, 1998); на X международной конференции REI-10 (Jena, Germany, 1999); на III международном симпозиуме 10N2000 (Lublin, Poland, 2000); на 12 Международном симпозиуме "Тонкие плёнки в электронике". (Харьков, Украина, 2001); на VI Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические основы ионной имплантации" (Н.Новгород, 2002).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, включая 6 статей в центральных и зарубежных журналах.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 1 таблицу и 38 рисунков. Библиография включает 77 ссылок.

Основное содержание работы

Во введении к диссертации дано обоснование актуальности темы выполненных исследований, сформулирована цель и вытекающие из нес задачи диссертационной работы. Кратко изложено содержание каждой из глав.

В первой, обзорной главе кратко рассмотрены основные методы синтеза алмазоподобных углеродных плёнок, их структурные и оптические характеристики. При этом основное внимание уделено работам по исследованию алмазоподобных плёнок, полученных с применением ионных пучков.

Вторая глава посвящена описанию использованных в работе экспериментальных методик. Особое внимание при этом уделено анализу возможности применения оптической спектроскопии отражения и пропускания для изучения алмазоподобных углеродных плёнок. Экспериментальная зависимость коэффициента поглощения, а, описывается зависимостью Тауца:

(aE),/2=B(E-EgT) (1)

Эта зависимость позволяет определить величину эффективной оптической щели Тауца EgT и коэффициент В, которые, в свою очередь, как это показано в 4-й главе, определяются средним размером и концентрацией нанокластеров и, таким образом, могут служить характеристиками структуры алмазоподобных углеродных плёнок.

Далее кратко описаны эллипсометрия и спектроскопия комбинационного рассеяния алмазоподобных плёнок, методики исследования их структуры, фазового состава, измерения температурной зависимости электросопротивления, термического отжига в атмосфере азота и в вакууме, а также методика и техника ионной имплантации.

В третьей главе приведено описание разработанной и изготовленной в ходе работы оригинальной установки для осаждения алмазоподобных углеродных плёнок методом ионно-лучевого распыления графитовой мишени. Основным элементом установки является источник ионов типа источника Кауфмана, позволяющий получать пучки ионов инертных газов и азота диаметром до 100 мм с энергией в интервале (0,1-1,7) кэВ и плотностью ионного тока до 500 мкА/см2. Пл8нки осаждались на подложки из стекла, кварца, кремния и ЫаС1. Типичная скорость осаждения составляла ~2 нм/мин.

Для увеличения содержания в плёнке алмазоподобной фазы необходима ионная стимуляция растущей плЗнки, т.е. дополнительное облучение ев низкоэнергетичным (—100 эВ) ионным пучком. В отличие от известных работ нами был использован оригинальный прием, основанный на явлении многократного малоуглового рассеяния падающих под скользящим углом высокоэнергетичных ионов. Это позволило существенно упростить экспериментальное оборудование за счёт использования одного и того же источника ионов и для распыления графитовой мишени, и для ионной стимуляции растущей плёнки. Кроме того, нами разработан оригинальный режим осаждения пленок, при котором реализуется эффект ионного перемешивания на начальной стадии формирования плёнки. Благодаря этому была решена весьма острая для алмазоподобных плёнок проблема адгезии.

Результаты исследований по оптимизации параметров осаждения показали, что наиболее качественные плёнки синтезируются при использовании ионов ксенона с энергией 1 кэВ, оптимальный угол стимуляции растущей плёнки -1 градус. При этом режиме синтезируются плёнки с эффективной оптической щелью Тауца ЕяТ« 1,2 эВ, п»2, к<0,05 в видимой области спектра.

Для того, чтобы связать экспериментально определяемые параметры В и Е8т с концентрацией и размерами нанокластеров, нами была разработана теоретическая модель, которая представлена в главе 4.

Согласно этой модели коэффициент поглощения одного графитоподобного нанокластера равен:

а(со)=(я е2/ше с)<р(а>)1(ш), (2)

где ф(ю) - сила осциллятора, 1(ю) - комбинированная плотность состояний я-электронов одного нанокластера:

1(ю)=/ ^(ю'^^ю'-ю^со', (3)

где N0(0) и Ыу(а>) - плотности состояний в зоне проводимости и валентной зоне кластера, соответственно. С учётом особенностей плотности состояний я-электронов [1], нами была смоделирована функция, которая по крайней мере качественно правильно описывает распределение комбинированной плотности состояний я-электронов по энергии и её зависимость от размера нанокластера. Далее считалось, что среда состоит из набора нанокластеров с концентрацией N0 и прямоугольным распределением по Ев. При условии йЕ/Е^<1 для области Е8о+АЕ8<Е<Е1=(ЗЕо+ Ево)/4 коэффициент поглощения такой среды описывается выражением, аналогичным зависимости Тауца:

Еа(Е)=М0 В(Е8о)(Е-Е8о)2 (4)

В(Е8) =0.5 Ю-'6 (Е</Е8)3/2 [эВ см]'1 (Е <3 эВ), (5)

где Е^- среднее значение оптической щели кластеров, ДН8- полуширина их распределения. Как и ожидалось, параметр В определяется концентрацией я-кластеров. Кроме того, В является также функцией Ев0, и эта зависимость наиболее существенна в области Е80<1 эВ, что противоречит экспериментальным данным. Однако, если предположить, что по мере увеличения размера я-кластера уменьшение оптической щели происходит быстрее, чем это считалось ранее (ЕВ~(Ы)""2), то это противоречие может быть преодолено. Например, зависимость Е8~(К)-' приводит к соотношению В~(Ео/Ев)07, т.е. к ослаблению зависимости от Ев. В этом случае для кластеров с Ея<1 эВ окончательно получаем:

Еа(Е)=5.2 10'16 Ы0 (Е-Е^)2 (6)

Это соотношение позволяет оцештгь концентрацию я- кластеров в образце и концентрацию атомов углерода, которые входят в состав нанокластеров. Наши исходные образцы, приготовленные согласно рекомендациям, изложенным в третьей главе, имеют Е8г=(Ы-2)эВ, В«6.2х104эВ',см_1. Тогда, N¿«1.2x1020см-3, N¿=2x1022см"3. Таким образом, проведенные оценочные расчёты оптического поглощения я-кластеров хорошо описывают по лученные нами экспериментальные результаты по оптическому

поглощению алмазоподобных плёнок, а проведенные на их основе оценки концентрации кластеров дают вполне реальные и разумные величины.

В пятой главе приводятся результаты по исследованию влияния массы и химической природы внедряемых методом ионной имплантации ионов на структурные параметры алмазоподобных углеродных плёнок.

В первом параграфе представлены результаты по исследованию алмазоподобных плёнок, облучённых ионами углерода |2С+ с энергией 20 кэВ. Энергетические потери ионов углерода в углеродной матрице ~14 эВ/Д, энергия смещения атома в графите ~40 эВ, в алмазе ~80 эВ. Поэтому с увеличением дозы ионной имплантации накопление радиационных дефектов происходит равномерно по всему объему плёнки и данный режим имплантации называют имплантацией легких ионов. Результаты оптических измерений образцов, облучённых дозами ионов в интервале от 6х1012 см'2 до 1.2х10|7см"2 показали, что концентрация к-кластеров в плёнке при облучении ионами углерода остается практически постоянной. При этом на дозовой зависимости оптической щели, отражающей изменение среднего размера я- кластеров с увеличением дозы имплантации, можно выделить три характерных интервала. При дозах D<6x1014cm"2 величина EgT не меняется. В области доз 6xl014 cm"2<D<1.8x1016cm'2 наблюдается быстрое уменьшение EgT от 1.2 эВ до ~0.43 эВ. В области D>1.8xl016 см'2 происходит медленное, приблизительно линейное по дозе дальнейшее уменьшение EgT. Наблюдаемую дозовую зависимость EgT можно объяснить следующим образом. При накоплении определенного количества вакансий начинается быстрый рост кластеров путем спонтанного перехода sp3 -конфигурации в вр^-конфигурацию. В этом случае необходим некоторый подготовительный этап (Dil О14 см"2). Очевидно, что замедление скорости роста связано с тем, что все или подавляющая часть атомов углерода связывается кластерами.

Как известно, изучение температурной зависимости сопротивления нанокомпозитных материалов позволяет получить дополнительную информацию об их структуре. В связи с этим нами были проведены измерения температурной зависимости сопротивления облучённых образцов. Было установлено, что температурная зависимость сопротивления у всех облученных образов

подчиняется закону Мотта (R=Roexp (То/Т)"4, Т0 = 16a3/kN(EF), где к- постоянная Больцмана, N(EF)- плотность локализованных состояний вблизи уровня Ферми, д=2я(2теДЕ)'д/Ь= 27t(meEg)1/2/h - параметр туннелирования), причём ход дозовой зависимости параметра Т0"4 полностью повторяет ход дозовой зависимости ширины эффективной оптической щели, уменьшаясь в интервале доз 6x10м cm"2<D£1.8x1016 см"2 от -1200 К1'4 до -180 К1'4. Проведенные численные оценки показали, что средний размер нанокластеров через параметр туннелирования а оказывает более сильное влияние на параметр проводимости Т0 и, соответственно, проводимость подвергнутой имплантации плёнки, чем концентрация возникающих при имплантации дефектных состояний N(E). Этот результат служит дополнительным подтверждением предложенного нами объяснения для хода дозовой зависимости EgT.

Во втором параграфе представлены результаты по исследованию влияния на микроструктуру алмазоподобных плёнок бомбардировки тяжелыми ионами 13'Хе** с энергией 80 кэВ. Энергетические потери этих ионов в углеродной мишени -dE/dx а 240 эВ/А, что более чем на порядок выше энергетических потерь ионов углерода (Е=20 кэВ) ~ 14 эВ/Д. В этом случае генерация дефектов происходит преимущественно вблизи треков ионов ,Э|Хе'н' в так называемых плотных каскадах атомных смещений. Это приводит к трём существенным отличиям в поведении оптических параметров и, соответственно, микроструктуры алмазоподобных плёнок по сравнению со случаем бомбардировки легкими ионами углерода. Во-первых, уже при дозах 6х1012 см"2 наблюдается заметное уменьшение концентрации графитоподобных нанокластеров, о чем свидетельствует уменьшение параметра В от ~6.2х104 до ~4.5х104 эВ"'см"'. При дальнейшем увеличении дозы параметр В не меняется. Далее идёт этап, когда наиболее существенным становится эффект уменьшения размеров нанокластеров, о чём свидетельствует увеличение EgT до -1.4 эВ в интервале доз от 6х1012 см"2 до 6x1013 см'2. Уменьшение размеров нанокластеров связано, как мы полагаем, с эффектом баллистического растворения в условиях плотного каскада атомных смещений. Последнее отличие состоит в том, что облучение ионами ксенона дозами, превышающими 2x10" см"2, приводит к дальнейшему уменьшению

величины EgT и она становится отрицательной. Мы полагаем, что в этой области доз облучения наиболее существенным становится процесс накопления радиационных дефектов. В результате эффективная оптическая щель образца заполняется дефектными состояниями, которые дают дополнительный вклад в оптическое поглощение. В пользу предложенной модели свидетельствуют данные по термическому отжигу в вакууме образцов с EgT < 0. Отжиг при Т=350 °С в течение 15 мин. приводил к увеличению оптической щели до -0,7 эВ.

В третьем параграфе исследована более сложная ситуация, а именно, влияние на структурные параметры среды процесса ионного синтеза углеродсодержащих фаз. В этом отношении наибольший интерес представляет имплантация азота, т.к. масса атомов азота близка к массе атомов углерода и поэтому баллистические эффекты при имплантации азота и углерода идентичны. Анализ результатов оптических измерений показал, что в области доз D>6xl016 см"2 наблюдав!ся очень медленное увеличение Евт, что можно трактовать как медленное уменьшение размеров нанокластеров, связанное с ионным синтезом нитридпой фазы (CN)2 - циана. В интервале ЗхЮ16 cm"2<D<6x1016 см'2 наблюдается уменьшение параметра В приблизительно на 30% и увеличение параметра проводимости Morra Т0"4. Поскольку этот эффект имеет ступенчатый характер, то естественнее всего приписать его не ионному синтезу новой фазы, а изменению электронной структуры части нанокластеров, вызванного взаимодействием нанокластеров с азотом. Из данных комбинационного рассеяния было установлено, что в спектрах имплантированных ионами азота плёнок появляется новая линия ЮР при 928 см"1. Эта линия присутствует и в спектрах КР алмазоподобных плёнок, термически отожжённых в потоке азота с небольшой примесью кислорода. При отжиге существенно модифицируются и оптические свойства плёнок -коэффициент поглощения в видимой области уменьшается на 2-3 порядка, что свидетельствует о том, что и в этом случае происходит модификация электронной структуры нанокластеров. Из вышеизложенного был сделан вывод, что основные механизмы наблюдаемых изменений электронной структуры и КР спектров алмазоподобных плёнок и при ионной имплантации азота и при термическом отжиге в атмосфере азота одни и те же. Поэтому, для их дальнейшего изучения,

учитывая, что процессы, протекающие при термическом отжиге, значительно проще и не столь комплексны, мы провели целую серию детальных исследований влияния условий отжига алмазоподобных плйнок на оптические свойства и КР спектры, результаты которых изложены в четвертом параграфе.

Было установлено, что модификация структуры и свойств алмазоподобных плёнок при термическом отжиге протекают в два этапа. На первом этапе происходит формирование нанопористой плёнки за счет реакции углерода с примесным кислородом с образованием С02. Об этом свидетельствует существенное уменьшение показателя преломления (от 2 до 1.4). На втором этапе происходит диффузия азота в плёнку по нанопорам и изменение всех свойств углеродной плёнки. Эти изменения носят обратимый характер. Повторный отжиг, но в условиях вакуума, приводит, сначала, к полному восстановлению КР спектров, а затем - и оптических свойств. Полученные данные в целом позволили сделать вывод о том, что наблюдаемые изменения связаны с адсорбцией молекул азота на поверхности графитоподобных нанокластеров по интеркаляцонному механизму и формированием нового типа углерод-азотных нанокластеров.

В заключении изложены основные результаты и выводы.

Основные результаты и выводы

1. Разработан и практически реализован оригинальный метод синтеза алмазоподобных плёнок углерода, основанный на одновременном облучении одним и тем же пучком быстрых ионов графитовой мишени в режиме интенсивного её распыления, а подложки - в режиме многократного малоуглового рассеяния для реализации процесса ионно-стимулированного осаждения распыляемых атомов углерода и роста формируемой плёнки.

2. Предложен и апробирован новый режим ионно-стимулированного осаждения алмазоподобных плёнок углерода, обеспечивающий их высокую адгезионную прочность, основанный на создании на начальном этапе формирования пленки переходного слоя с использованием для этого эффекта каскадного (баллистического) перемешивания атомов плёнки и подложки.

3. В рамках модели нанокластерной структуры алмазоподобных плёнок углерода впервые выполнены расчёты коэффициента поглощения плёнок в

видимом и ближнем УФ диапазонах длин волн.

Установлено однозначное соответствие между параметрами зависимости Тауца ( (<хЕ)ш = В(Е-ЕйТ) ), а именно, между ЕвТ - шириной оптической псевдощели и коэффициентом, характеризующим наклон зависимости Тауца - В, с одной стороны, и концентрацией и характерными размерами графитоподобных нанокласгеров с другой, что позволяет бесконтактным способом определять эти важные характеристики алмазоподобных плёнок из результатов оптических измерений.

Показано, что известная зависимость оптической щели от размера на-нокластера должна быть модифицирована в случае больших нанокластеров, средний размер которых превышает 2.5 нм.

4. Предложена модель туннельных барьеров, позволившая получить зависимость низкотемпературной проводимости алмазоподобных плёнок от размера графитоподобных нанокластеров, которая вполне корректно описывает экспериментально полученные температурные зависимости сопротивления.

5. Изучено влияние параметров ионной имплантации (доза облучения, масса иона, химическая активность атома) на микроструктуру и соответственно на оптические и электрические свойства алмазоподобных плёнок углерода и установлены следующие основные закономерности и особенности в их поведении:

показано, что оптические и электрические свойства проявляют сильную зависимость от дозы облучения, что обусловлено изменением размеров нанокластеров и, соответственно, их электронной структуры (квантово-размерный эффект);

обнаружено, что доминирующими эффектами являются увеличение размеров нанокластеров и накопление радиационных дефектов. При этом последний эффект сдвинут в область более высоких доз облучения по сравнению с однородными по структуре материалами; впервые установлено, что при облучении тяжелыми ионами (|31Хе'н') при сверхнизких дозах облучения ~(1012-1013) см'2 возникают

специфические особенности - уменьшение концентрации и размеров нанокластеров, что проявляется в уменьшении коэффициента поглощения и увеличении оптической щели алмазоподобных плёнок; установлено, что имплантация азота приводит к существенному изменению как электронной, так и колебательной структуры графи-топодобных нанокластеров.

6. Обнаружены существенные изменения колебательного спектра и оптических свойств углеродных плёнок при термическом отжиге (400 °С) в атмосфере азота с примесью кислорода, сходные с наблюдаемыми при ионной имплантации азота. Эти изменения носят обратимый характер. Установлено, что модификация плёнок идет, по крайней мере, в два этапа: на первом этапе формируется нанопористая углеродная плёнка; на втором — диффузия молекул азота по нанопорам и их адсорбция на поверхности графитоподобных нанокластеров.

Предложена качественная модель, объясняющая наблюдаемые изменения, основанная на взаимодействии адсорбированных молекул азота с графитоподобными нанокластерами по интеркаляционному механизму с формированием нового типа азот-углеродных нанокластеров.

Список цитированной литературы

1. Robertson J. and O'Relly E.P. Electronic and atomic structure of amorphous carbon //Phys.Rev.B. - 1987. Vol.35. - P.2946-2957.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Khaibullin I.В. Optical and electrical properties of C-implanted amorphous diamond-like carbon films // Abstracts ofX Int. Conf. on Ion Beam Modification of Materials. -1-6 September 1996, Albuquerque, USA. - 1996. - P. F20.

2. Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Khaibullin I.B. Optical and electrical properties of C+-implanted amorphous diamond-like carbon films // Nucl. Istr. and Meth. in Phys. Res.(B). - 1997. - V.B127 - P.719-722.

3. Faizrakhmanov LA., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Khaibullin I.B. The investigation of optical and electrical properties of N+-implanted amorphous

diamond-like carbon (DLC) films // Abstracts of XI Int. Conf. on Ion Beam Modification of Materials. - August 31 - September 4, Amsterdam, The Netherlands, 199».-P. 134.

Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Khaibullin I.B. The investigation of optical and electrical properties of N+-implanted DLC films // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res.(B).- 1999. - V.B148. - P. 669-672. Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Khaibullin I.B. Influence of Xe-ion irradiation on microstructure of diamond-like carbon films // Abstract of 10 Int. Conf. on Radiation Effects in Isolators. - Jena, Germany, 1999. - P.181. Faizrakhmanov I., Bazarov V., Zhikharev V., Khaibullin I. Influence of Xe+-ion irradiation on microstructure of diamond-like carbon films II Abstracts of III Int. Symp ION2000. - Lublin, Poland, 2000. - P.29.

7. Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Stepanov A.L., Khaibullin I.B. Influence of Xe+ -ion irradiation on the microstructure of diamond-like carbon films // Vacuum. - 2001. - V.62. - P. 15-19.

8. Файзрахманов И.А., Базаров B.B., Жихарев B.A., Хайбуллин И.Б. Влияние бомбардировки ионами углерода на микроструктуру алмазоподобных плёнок // Физика и техника полупроводников. - 2001. - Т.35. - №5. - С.612-618.

9. Файзрахманов И.А., Базаров В.В., Хайбуллин И.Б. Исследование методом оптической спектроскопии микроструктуры плёнок а-С, полученных ионно-стимулированным осаждением // Алмазные плёнки и плёнки родственных материалов (Сборник докладов 12-го Международного симпозиума "Тонкие плёнки в электронике"). - Харьков:ИПЦ "Контраст", 2001.344 с. - С.137-140.

10. Щеглов И.Ю., Файзрахманов И.А., Базаров В.В., Стрельников Ю.П., Хайбуллин И.Б. Синтез алмазоподобных плёнок методом PCVD для просветления германия // Алмазные плёнки и плёнки родственных материалов (Сборник докладов 12-го Международного симпозиума "Тонкие плёнки в электронике"). - Харьков:ИПЦ "Контраст", 2001. 344 с. - C.160-I62.

И. Файзрахманов И А, Курбатова Н.В., Базаров ВВ., Галяутдинов М.Ф., Хайбуллин И.Б. Влияние отжига в атмосфере азота на колебательный спектр и оптические свойства углеродных плёнок // Алмазные плёнки и плёнки родственных материалов

(Сборник докладов 12-го Международного симпозиума 'Тонкие плёнки в электронике"). - Харьков:ИПЦ "Котраст", 2001.344 с. - С.202-206.

12. Файзрахманов И.А., Базаров В.В., Курбатова Н.В., Хайбуллин И.Б. Синтез новых углерод-азотных нанокластеров при имплантации ионов азота в алмазоподобные плёнки углерода // VI Всероссийский семинар "Физические и физико-химические основы ионной имплантации".: Тез.докл. - Н.Новгород, 2002. - С.40-41.

13. Файзрахманов И.А., Базаров В.В., Курбатова Н.В., Хайбуллин И.Б. Влияние термического отжига в атмосфере азота на оптические свойства и колебательный спектр графеновых наноструктур // Казанский физико-технический институт им. Е.К.Завойского 2001. Ежегодник. - Казань: ФизтехПресс, 2002. 248 с. - С. 50-52.

14. Файзрахманов И.А., Базаров В.В., Курбатова Н.В., Хайбуллин И.Б., Степанов А.Л. Синтез новых углерод-азотных нанокластеров при термическом отжиге в атмосфере азота алмазоподобных плёнок углерода // Физика и техника полупроводников. - 2003. - Т.37. - С.230-234.

15. Файзрахманов И.А., Базаров В.В., Степанов А.Л.., Хайбуллин И.Б. Модификация наноструктуры алмазоподобных плёнок углерода бомбардировкой ионами ксенона // Физика и техника полупроводников. - 2003. - Т.37. - С.748-752.

16. Файзрахманов И.А., Базаров В.В., Курбатова Н.В., Хайбуллин И.Б. Синтез углерод-азотных нанокластеров при имплантации ионов азота в алмазоподобные плёнки углерода // Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского 2002. Ежегодник. - Казань:ФизтехПресс, 2003.235 с. - С.68-71.

Лицензия на полиграфическую деятельность №0128 от 08.06.98r. выдана Министерством информации и печати Республики Татарстан Подписано в печать 15.10.2003 г. Форм. бум. 60x84 1/16. Печ. л. 0,75. Тираж 100. Заказ 195.

Мини типография института проблем информатики АН РТ 420012, Казань, ул.Чехова, 36.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Методы получения, структура и свойства алмазоподобных плёнок углерода (обзор).

ГЛАВА 2. Техника и методика экспериментов.

2.1. Оптическая спектроскопия отражения и пропускания

2.2. Эллипсометрия

2.3. Спектроскопия комбинационного рассеяния

2.4. Исследование структуры и фазового состава

2.5. Техника ионной имплантации

2.6. Методика измерения температурной зависимости электросопротивления

2.7. Техника отжига

ГЛАВА 3. Разработка метода синтеза алмазоподобных плёнок углерода с использованием процесса ионно-стимулированного осаждения графита.

3.1. Схема установки для синтеза алмазоподобных плёнок углерода

3.2. Методики приготовления образцов

3.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение

ГЛАВА 4. Оптическое поглощение 7С-кластеров (расчёт и эксперимент).

ГЛАВА 5. Исследование влияния параметров ионной имплантации на структуру, оптические и электрофизические свойства алмазоподобных плёнок углерода.

5.1. Исследование влияния имплантации лёгких ионов ( С)

5.2. Исследование влияния имплантации тяжёлых ионов ( Хе)

5.3. Исследование влияния химической природы внедряемых ионов (,4N)

5.4. Термический отжиг алмазоподобных плёнок углерода в атмосфере азота с примесью кислорода

Одним из наиболее впечатляющих результатов применения ионно-стимулированных процессов для осаждения тонких плёнок является синтез алмазоподобных плёнок углерода (diamond-like carbon, DLC). Впервые DLC плёнки были получены Айзенбергом (США) [1] и несколько позднее Голяновым с сотрудниками (ИАЭ им. Курчатова) [2] и Стрельницким с сотрудниками (Харьковский ФТИ) [3] конденсацией ионов углерода из потоков, создаваемых распылением графитовой мишени, и осаждением из плазмы вакуумной дуги с графитовым катодом, соответственно. Эти плёнки обладают уникальным сочетанием физико-химических и механических свойств, близких к алмазу, что определило широкие перспективы практического применения DLC плёнок, в частности в оптическом производстве в качестве многофункциональных покрытий. Кроме того, они могут использоваться в качестве материалов для низкополевых эмиттеров, а также солнечных элементов, о чём свидетельствуют появившиеся в последнее время публикации .

По мере развития методов получения алмазоподобных плёнок, а также становления таких новых направлений как наноэлектроника и физика наноструктур, области возможных применений этих материалов вышли за рамки традиционных, а их нанокластерная структура стала объектом интенсивных исследований фундаментального характера. Дело в том, что в отличие от классических аморфных полупроводников, таких как a-Si и a-Ge, структура плёнок образована алмазоподобной аморфной матрицей, в которую встроены фрагменты графитовых плоскостей нанометрового размера - графитоподобные нанокластеры. При этом размеры и концентрация нанокластеров решающим образом влияют на электронные свойства плёнок. В частности, благодаря размерному квантованию, оптическая щель этих плёнок отлична от нуля и определяется средним размером нанокластеров.

Вот почему сохраняется устойчивый и повышенный интерес к этим материалам, хотя со времени первых публикаций по алмазоподобным плёнкам прошло уже 30 лет. Естественно, что направленность работ существенно изменилась и они теперь в основном посвящены изучению возможности управления электронными свойствами алмазоподобных плёнок путем введения легирующих примесей, модификации нанокластерной структуры с помощью различных энергетических обработок, синтезу нанокомпозитных материалов.

Здесь уместно заметить, что, как свидетельствуют исследования последних лет, ионная имплантация является прежде всего одним из наиболее эффективных методов создания нанокомпозитных сред. Другим, не менее важным и интересным потенциальным качеством метода ионной имплантации может стать возможность прецизионной модификации свойств наноструктурных материалов. Это направление исследований в настоящее время развито ещё слабо. Здесь, на что мы хотим обратить внимание читателя, имеется принципиальное отличие от ионно-лучевой модификации однородных по структуре материалов, которое обусловлено малым размером структурных составляющих (например, наночастиц) таких сред, а именно: 1. Близость границы у каждой наночастицы, являющейся эффективным стоком для радиационных дефектов, может препятствовать накоплению радиационных дефектов в наночастицах, что делает наноструктурные материалы в целом радиационно - устойчивыми. 2. Нанометровые размеры структурных элементов приводят к тому, что взаимодействие каждого элемента даже с одним примесным атомом или молекулой может кардинально изменить электронный спектр элемента и, следовательно, электронные свойства всего нанокомпозита в целом.

Как уже было сказано выше, одним из наиболее отличительных и интригующих особенностей DLC плёнок является их нанокластерная структура. В результате этого такие фундаментальные свойства, как оптическое поглощение, электропроводимость алмазоподобных плёнок проявляют квантово-размерную зависимость и это вызывает повышенный интерес у многих исследователей. Начало наших исследовании связано с возникновением идеи научиться управлять размерами и концентрацией нанокластеров, используя для этой цели высокоэнергетичные ионные пучки. Другая цель этих изысканий заключалась в определении области доз облучения, где структура и свойства плёнок существенно не меняются. Эти данные были крайне необходимы, поскольку предполагалось использовать ранее разработанный в нашей лаборатории метод имплантации атомов отдачи для повышения адгезии DLC плёнок, которая представляет серьезную проблему из-за специфики формирования этих плёнок. В дальнейшем нами был разработан специальный метод осаждения, который практически полностью решил эту достаточно острую для DLC покрытий проблему.

С учетом вышеизложенного целью данной диссертационной работы является разработка физических основ применения ионной имплантации для синтеза и прецизионной модификации структуры и электронных свойств алмазоподобных углеродных плёнок.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проведено комплексное исследование влияния параметров ионной имплантации на структуру и электронные свойства алмазоподобных углеродных плёнок. Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

1. Разработан и практически реализован оригинальный метод синтеза алмазоподобных плёнок углерода, основанный на одновременном облучении одним и тем же пучком быстрых ионов графитовой мишени в режиме интенсивного её распыления, а подложки - в режиме многократного малоуглового рассеяния для реализации процесса ионно-стимулированного осаждения распыляемых атомов углерода и роста формируемой плёнки.

2. Предложен и апробирован новый режим ионно-стимулированного осаждения алмазоподобных плёнок углерода, обеспечивающий их высокую адгезионную прочность, основанный на создании на начальном этапе формирования плёнки переходного слоя с использованием для этого эффекта каскадного (баллистического) перемешивания атомов плёнки и подложки.

3. В рамках модели нанокластерной структуры алмазоподобных плёнок углерода впервые выполнены расчёты коэффициента поглощения плёнок в видимом и ближнем УФ диапазонах длин волн.

Установлено однозначное соответствие между параметрами

1 /2 зависимости Тауца ((аЕ) = B(E-EgT) ), а именно, между EgT - шириной оптической псевдощели и коэффициентом, характеризующим наклон зависимости Тауца - В, с одной стороны, и концентрацией и характерными размерами графитоподобных нанокластеров с другой, что позволяет бесконтактным способом определять эти важные характеристики алмазоподобных плёнок из результатов оптических измерений.

Показано, что известная зависимость оптической щели от размера нанокластера должна быть модифицирована в случае больших нанокластеров, средний размер которых превышает 2.5 нм. Предложена модель туннельных барьеров, позволившая получить зависимость низкотемпературной проводимости алмазоподобных плёнок от размера графитоподобных нанокластеров, которая вполне корректно описывает экспериментально полученные температурные зависимости сопротивления.

Изучено влияние параметров ионной имплантации (доза облучения, масса иона, химическая активность атома) на микроструктуру и соответственно на оптические и электрические свойства алмазоподобных плёнок углерода и установлены следующие основные закономерности и особенности в их поведении: показано, что оптические и электрические свойства проявляют сильную зависимость от дозы облучения, что обусловлено изменением размеров нанокластеров и, соответственно, их электронной структуры (квантово-размерный эффект); обнаружено, что доминирующими эффектами являются увеличение размеров нанокластеров и накопление радиационных дефектов. При этом последний эффект сдвинут в область более высоких доз облучения по сравнению с однородными по структуре материалами; впервые установлено, что при облучении тяжёлыми ионами ( Хе )

12 13 2 при сверхнизких дозах облучения ЧЮ - 101J) см возникают специфические особенности - уменьшение концентрации и размеров нанокластеров, что проявляется в уменьшении коэффициента поглощения и увеличении оптической щели алмазоподобных плёнок; установлено, что имплантация азота приводит к существенному изменению как электронной, так и колебательной структуры графитоподобных нанокластеров. 6. Обнаружены существенные изменения колебательного спектра и оптических свойств углеродных плёнок при термическом отжиге (Т=400 °С) в атмосфере азота с примесью кислорода, сходные с наблюдаемыми при ионной имплантации азота. Эти изменения носят обратимый характер.

Установлено, что модификация плёнок идет, по крайней мере, в два этапа: на первом этапе формируется нанопористая углеродная плёнка; на втором - диффузия молекул азота по нанопорам и их адсорбция на поверхности графитоподобных нанокластеров.

Предложена качественная модель, объясняющая наблюдаемые изменения, основанная на взаимодействии адсорбированных молекул азота с графитоподобными нанокластерами по интеркаляционному механизму с формированием нового типа азот-углеродных нанокластеров.

В заключение автор выражает глубокую признательность Файзрахманову Ильдару Абдулкабировичу и Хайбуллину Ильдусу Бариевичу за постановку задачи и руководство работой. Автор искренне благодарен всем сотрудникам лаборатории Радиационной физики за участие и дружескую поддержку в период работы над диссертацией, а также Надежде Васильевне Курбатовой за спектры комбинационного рассеяния алмазоподобных плёнок.

105

1. Авторский список литературы

2. A2. Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Khaibullin I.B. Optical and electrical properties of C+-implanted amorphous diamond-like carbon films // Nucl. Istr. and Meth. in Phys. Res.(B). 1997. - V.B127 - P.719-722.

3. A4. Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Khaibullin I.B. The investigation of optical and electrical properties of N+-implanted DLC films // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res.(B).- 1999. V.B148. - P. 669-672.

4. A5. Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Khaibullin I.B. Influence of Xe-ion irradiation on microstructure of diamond-like carbon films // Abstract of 10 Int. Conf. on Radiation Effects in Isolators. Jena, Germany, 1999.-P.181.

5. A6. Faizrakhmanov I., Bazarov V., Zhikharev V., Khaibullin I. Influence of Xe+-ion irradiation on microstructure of diamond-like carbon films // Abstracts of III Int. Symp ION2000. Lublin, Poland, 2000. - P.29.

6. A7. Faizrakhmanov LA., Bazarov V.V., Zhikharev V.A., Stepanov A.L., Khaibullin LB. Influence of Xe+ -ion irradiation on the microstructure of diamond-like carbon films // Vacuum. 2001. - V.62. - P. 15-19.

7. А8. Файзрахманов И.А., Базаров В.В., Жихарев В.А., Хайбуллин И.Б. Влияние бомбардировки ионами углерода на микроструктуру алмазоподобных плёнок // Физика и техника полупроводников. 2001.- Т.35. №5. - С.612-618.

8. Aisenberg S., Chabot R. Ion beam deposition of thin films of diamondlike carbon // J. Appl. Phys. 1971. - Vol.42. - P.2953-2958

9. A.c. 411037 СССР /В.М.Голянов, В.П.Демидов:

10. Рентгенографические исследования метастабильной модификации кубического алмаза / Н.Н.Матюшенко, В.Е.Стрельницский, А.А.Романов,

11. B.Т.Толок. // ДАН УССР. 1976. - сер.А(5). - С.459-461.

12. Formation of thin superconducting YBaCuO layers by oxygen implantation / V.V. Bazarov, V.Yu. Petukhov , I.A. Faizrahmanov et al. // Physica C. 1997. - Vol.282-287. -P.589-590.

13. Vora H.and Moravec T.J. Structural investigation of thin films of diamond-like carbon//J. Appl. Phys. 1981. - Vol.52. - P.6151-6157.

14. Effect of ion beam assistance on the microstructure of non hydrogenated amorphous carbon / F.Rossi, B.Andre, A. van Veen et al. // J. Appl. Phys. -1994. Vol.75(6). - P.3121-3129.

15. Savvides N. Optical constants and associated functions of metastable diamondlike amorphous carbon films in the energy range 0.5-7.3 eV // J. Appl. Phys. 1986. - Vol.59. - P.4133-4145.

16. Оптические характеристики алмазоподобных углеродных плёнок /

17. C.И.Вакула, В.Г.Падалка, В.Е.Стрельницский, А.И.Усоскин // Письма в ЖТФ. 1979. - Т.5. - С.1362-1366.

18. Microstructure of amorphic diamond films / С.В. Collins, F. Davanloo,

19. D.R. Jander et al. // J. Appl. Phys. 1991. - Vol.69. - P.7862-7870.

20. Robertson J. Prog. Hard amorphous (diamond like) carbons // Solid St. Chem. -1991. Vol.21. - P. 199-333.

21. Subplantation model for film growth from hyperthermal species / Y. Lifshiz, S.R. Kazi, J.W. Rabalais, W. Eckstein // Phys. Rev. B. 1990. - Vol.41. -P.10468-10480.

22. McKenzie D.R., Miller D., Pailthope B.A. Compressive-stress induced formation of thin film tetrahedral amorphous carbon // Phys.Rev. Lett. 1991. -Vol.67. - P.773-776.

23. Rf- plasma deposited amorphous hydrogenated hard carbon thin films: preparation, properties, and applications / A. Bubenzer, B. Dischler, G. Brandt and P. Koidl // J. Appl.Phys.- 1983. Vol.54(8). - P.4590-4595.

24. Robertson J. and O'Relly E.P. Electronic and atomic structure of amorphous carbon // Phys.Rev.B. 1987. Vol.35. - P.2946-2957.

25. Kakiuchi H., Kobayashi Т., Terai T. Property change of diamond-like carbon thin films due to ion implantation // Nucl.Instr. and Meth. In Phys.Res. B. -2000. Vol.166-167. - P.415-419.

26. Robertson J. and O'Relly E.P. Preparation and properties of amorphous carbon // J. Non-Crystalline Solids. 1991. - Vol.137-138. - P.825-830.

27. FrovaA. and Selloni A. The optical threshold of hydrogenated amorphous silicon, in Tetrahedrally // Bonded Amorphous Semiconductors./Под ред.

28. D.Adler and H.Fritzsche. Plenum Press, 1985. - P.271-285.

29. Pascual E., Serru C. and Bertran E. Optical absorption from graphitic clusters of hydrogenated amorphous carbon thin films // J. Appl. Phys. 1991. - Vol.70. - P.5119-5121.

30. Mikulski P., Patyk J., Rozploch F. Gaussian interpretation of the optical absorption edge tail in amorphous hydrogenated carbon a-C:H // J. Non-Crystalline Solids. 1994. - Vol.176. - P.230-234.

31. Superhard and Elastic carbon nitride thin films having fullerenlike microstructure / H. Sjostrom, S. Stafstrom, M. Boman and J.-E. Sundgren // Phys.Rev.Lett. 1995. - Vol.75(7). - P.1336-1339.

32. Иванов-Омский В.И., Лодыгин А.Б., Ястребов С.Г. Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия аморфного углерода // ФТП. -Т.34, №12. С.1409-1416.

33. WadaN., Gaczi P.J. and Solin S.A. "Diamod like" 3 fold coordinated amorphous carbon //J. Non-Crystall Solids. 1980. - Vol.35-36. - P.543-548.

34. Dillon R.O. and Woollam John A., Katkanant V. Use of Raman scattering to investigate disorder and crystallite formation in as-deposited and annealed carbon films // Phys.Rev.B. 1984. - Vol.29(6). - P.3482-3489.

35. Tuinstra F. and Koenig J.L. Raman Spectrum of Graphite // The Journal of chemical physics. 1970. - Vol.53. - N3. - P. 1126-1130.

36. Origin of dispersive effects of the Raman D band in carbon materials / M.J. Matthews, M.A. Pimenta, G. Dresselhaus et al. // Phys.Rev. B. 1999. -Vol.59. - N10. - P.R6585-R6588.

37. Интерпретация некоторых особенностей в спектрах комбинационного рассеяния графита и стеклоуглерода / А.В. Баранов, А.Н. Бехтерев, Я.С. Бобович, В.И. Петров //Оптика и спектроскопия. 1987. - Т.62, №5. -С.1036-1042.

38. Correlation of the optical gaps and Raman spectra of hydrogenated amorphous carbon films / M.A. Tamor, J.A. Haire, C.H. Wu and K.C. Hass // Appl.Phys.Lett. 1989. - Vol.54. - P. 123-125.

39. Raman spectroscopy on amorphous carbon films / J. Schwan, S. Ulrich, V. Batori et al. // J. Appl. Phys. 1996. - Vol.80. - N1. - P.440-447.

40. Photoluminescence of RF glow discharge amorphous carbon films / K. Fabisiak, F. Rorploch, J. Szatkowski, P. Targowski // Phys. Status Sol. (a). -1991. Vol.126(1). - P.275-280.

41. Smith F.W. Optical constants of hydrogenated amorphous carbon films // J. Appl. Phys. 1984. - Vol.55. - P.764-771.

42. Electrical and optical properties and structural changes of diamond like carbon films during thermal annealing / T.M. Wang, W.J. Wong, B.L. Chen and S.H. Zhang // Phys.Rev. B. 1994. - Vol.50(8). - P.5587-55899.

43. Фотолюминесценция слоев Si02 , имплантированных ионами Si+ и отожженных в импульсном режиме / Г.А. Качурин, И.Е. Тысченко, В. Скорупа и др. // ФТП. 1997. - Т.31. - С. 730-734.

44. Effect of heavy ion irradiation on amorphous hydrogenated (diamondlike) carbon films / S. Prawer, R. Kalish, M.E. Adel, V. Richter // J. Appl. Phys. -1987. Vol.61. - P.4492-4500. ; v.62(10), p.4096-4099 (1987).

45. Ion beam induced conductivity and structural changes in diamondlike carbon coatings / S. Prawer, R. Kalish, M.E. Adel, V. Richter // Appl. Phys. Lett. -1986. Vol.49(18). - P. 1157-1159.

46. Спектры ЭПР алмазоподобных и облученных ионами полимерных углеродных плёнок / В.В. Сухоруков, А.А. Ежевский, Е.И. Зорин и др. // Поверхность. 1991. - №5. - С.92-96.

47. Liu A.Y. and Cohen L. Prediction of new low compressibility solids // Science. 1989.-Vol.245.-P.841-842.

48. Liu A.Y. and Cohen L. Structural properties and electronic structure of low compressibility materials: p-Si3N4 and hypothetical f3-C3N4 // Phys.Rev. B. -1990. Vol.41(15). - P. 10727-10734.

49. The effect of implantation temperature on surface hardness, elastic modulus and Raman scattering in amorphous carbon / Deok-Hyung Lee, Byugwoo Park, David B. Poker, Riester Laura // Appl.Phys.Lett. 1997. - Vol.70(23). -P.3104-3106.

50. Thermal properties of DLC thin films bombarded with ion beams / Y. Funada, K. Awazu, K. Shimamura, M. Iwaki // Surface and Coatings Technology. -1998. Vol.103-104. - P.389-394.

51. Hoffman A., Gouzman I., Brener R. Possibility of carbon nitride formation by low energy nitrogen implantation into graphite: In situ electron spectroscopy studies // Appl. Phys. Lett. 1994. - Vol.64. - P.845-847.

52. Characterization of high fluence nitrogen ion implanted pyrolytic graphite / J. Hartmann, A. Koniger, H. Huber et al. // Nucl. Instr. Methods Phys. Res. -1996. Vol.B 117.-P.392-396.

53. Structural investigation of two carbon nitride solids produced by cathodic arc deposition and nitrogen implantation / A.R. Merchant, D.G. McCulooch, D.R. McKenzie et al. // J. Appl. Phys. 1996. - Vol.79. - P.6914-6919.

54. Structural properties of carbon nitride films prepared by high dose nitrogen implantation into carbon thin films / H. Xin, C. Lin, W.-P. Xu et al. // J.Appl.Phys. 1996. - Vol.79. - P.2364-2365.

55. Low energy 15N implantation in carbon for the synthesis of carbon nitride layers / F. Link, H. Baumann, A. Markwitz et al. // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 1996. - Vol.Bl 13. - P.235-238.

56. S. Grigull, W. Jacob, D. Henke et al. // Appl. Phys. Lett. 1997. - Vol.70. -P.1387.

57. Aarao Reis F.D.A. and Franceschini D.F. Two species model for deposition and erosion of carbon-nitrogen films // Appl. Phys. Lett. 1999. - Vol.74(2). -P.209-211.

58. Transport and structural modification during nitrogen implantation at hard amorphous carbon films / S. Grigull, W. Jacob, D. Henke et al. // J.Appl.Phys.- 1998. -Vol.83(10). P.5185-5194.

59. Kaufman J.H., Metin S., Saperstein D.D. Symmetry breaking in nitrogen-doped amorphous carbon: Infrared observation of the Raman-active G and D bands // Phys.Rev. B. 1989. - Vol.39(18). - P.13053-13060.

60. Superhard and elastic carbon nitride thin films having fullerenelike microstructure / H. Sjostrom, S. Stafstrom, M. Boman and J.-E. Sungren // Phys. Rev. Lett. 1995. - Vol.75(7). - P. 1336-1339.

61. Interpretation of x-ray photoelectron spectra of elastic amorphous carbon nitride thin films / B.C. Holloway, O. Kraft, D.K. Shuh et al. // Appl.Phys.Lett.- 1999. Vol.74(22). - P.3290-3292.

62. Bhattacharyya Somnath, Cardinaud C. and Turban G. Spectroscopic determination of the structure amorphous nitrogenated carbon films // J. Appl. Phys. 1998. - Vol.83(8). - P.4491-4499.

63. Раков A.B. Спектроскопия тонкоплёночных полупроводниковых структур. М.:Советское радио, 1975. - 176с.

64. Метфессель С. Тонкие плёнки, их изготовление и измерение. -М.:Госэнергоиздат, 1963. 235с.

65. Marton J.P., Schlesinger М. Optical constant of thin discontinuous nicel films // J.Appl.Phys. 1969. - Vol.40. - N11. - P.4529-4533.

66. Алгоритмы и программы для численного решения некоторых задач эллипсометрии. / И.Г.Бурыкин, Л.П.Воробьев, В.В.Грушецкий, Э.Е.Дагман, Р.И.Любинская, Г.А.Сапрыкина, К.К.Свиташев,

67. А.И.Семененко, Л.В.Семененко; Под. ред. А.В.Ржанова. Новосибирск:Наука, 1980. 79с.

68. Файзрахманов И.А., Хайбуллин И.Б. Исследование методом оптической спектроскопии микроструктуры плёнок а-С, полученных ионно-стимулированным осаждением // Поверхность. 1994. - №10-11. - С.57-61.

69. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. / Под ред. Р.Бериша. -М.:Мир, 1984.-Т.1. 336с.

70. Yoshikawa М. Raman spectra of diamondlike amorphous carbon films // J. Appl. Phys. 1988. - Vol.64. - P.6464.

71. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Государственное издательство физ.-мат. лит., 1961 г, -421 с.

72. Титов В.В. Роль механических напряжений при легировании материалов с помощью ионных пучков // ИАЭ-3774/11, 1983. - №7. - 47с.

73. Файзрахманов И.А., Шустов В.А., Хайбуллин И.Б. Влияние ионной имплантации на адгезионную прочность и механические напряжения текстурированных плёнок алюминия // Поверхность. 1989. - №8. - СЛ14-119.

74. Berman R. and Simon F. // Z.Electrochem. 1955. - Vol.59. - P.333.

75. О у-углероде / Л.С. Палатник, М.Б. Гусева, В.Г. Бабаев и др. // ЖЭТФ. -1984. Т.87. - С.914-917.

76. Hauser J. Electrical, structural and optical properties of amorphous carbon // J.Non-cryst. Solids. 1977. - Vol.23. - P.21-41.

77. Dawson J.C. and Adkins J. Condaction mechanisms in amorphous carbon prepared by ion-beam sputtering // J. Phys.: Condens. Matter. 1995. - Vol.7. -P.6297-6315.

78. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1974. - 472 с.

79. Entin-Wohlman О., Gefen Y. and Shapira Y. Variable-range hopping conductivity in granular materials // J. Phys. C: Solid State Phys. 1983. -Vol.16. - P.l 161-1167.

80. Davis E.A. and MottN.F. Conduction in non-crystalline systems // Phil.Mag. -1970. Vol.22. -P.903-922.

81. Сивухин Д.В. Оптика: Учеб.пособие. 2-е изд., испр. - М.:Наука, Гл.ред.физ.-мат.лит., 1985.-752 е., ил. - (Общ.курс.физики).

82. Electrical properties of nitrogen incorporated tetrahedral amorphous carbon films / Z.Y.Chen, Y.H. Yu, J.P.Zhao et al. // Thin Solid Films. 1999. -Vol.339. - P.74-77.

83. Sreenivas G., Ang S.S. and Brown W.D. Effects of nitrogen doping on the growth and properties of plasma-enhanced chemical-vapor-deposited diamondlike-carbon films //J. of Electronic Materials. -1994. -Vol.23. -N 6. -P.569-575.

84. Hall effect measurement of surface conductive layer on undoped diamond films in N02 and NH3 atmospheres / Gi.Ri. Sung, Kazuhiro Tashiro, Seiichi Tanaka et al. // J. Appl. Phys. 1999. - Vol.38. - P.3492-3496.

85. Иванов-Омский В.И., Сморгонская Э.А. Модифицирование электронного спектра и колебательных свойств аморфного углерода примесью меди // ФТП. 1998. - Т.32, № 8. - С.931-938.

86. Diamond-like carbon films as electron-injection layer in organic light emitting diodes / K. Lmimouni, C. Legrand, C. Dufour et al. // Appl. Phys. Lett. 2001. - Vol.78. - N 17. - P.2437-2439.