Особенности взаимодействия углерода в состоянии Sp1 с некарбидообразующими металлами

УДК 546.26.538.97

А.В. БЕЛОВА, А.Г. КРАСНОВА,

А.В. КОКШИНА, В. Д. КОЧАКОВ

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЕРОДА В СОСТОЯНИИ Sp1 С НЕКАРБИДООБРАЗУЮЩИМИ МЕТАЛЛАМИ

Ключевые слова металлоуглеродные пленки, углерод в состоянии Sp1.

Представлены результаты взаимодействия двухслойных пленок металл-углерод при термическом отжиге. Использовалась пленочная система кадмий - линейноцепочечный углерод (Cd-ЛЦУ). В результате термического отжига при 4500 ОС, как показали РФЭ спектры, образуются системы, в которых атомы Cd присоединяются к углероду в состоянии Sp1 через разрыв п-связи.

A.V. BELOVA, A.G. KRASNOVA,

A.V. KOKSHINA, V.D. KOCHAKOV FEATURES OF INTERACTION OF CARBON IN CONDITION Sp1 WITH NOTCARBIDEFORMING METALS

Key words: metal carbonic film, carbon in the of Sp1.

Results of interaction of two-layer films metal-carbon are presented at thermal annealing. Films Cd, and films of linearly-chained carbon were used. As a result of thermal annealing at 450 ОС as have shown RFE spectra, are formed systems in which atoms Cd join carbon in condition Sp1 through rupture п-communications.

По отношению к углероду химические элементы делятся на две группы: некарбидообразующие и карбидообразующие. В данном исследовании из некарбидообразующих элементов выбран кадмий (Cd). Ранее [1] процесс внедрения серебра (Ag) в пленку линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ) в состоянии Sp1 был определен как процесс интерка-лирования (внедрение без химического взаимодействия). Термин «интеркалирование» был применен исходя из общепринятого мнения, что при прямом взаимодействии Ag с углеродом химической реакции не происходит. Однако это относилось к углероду в состоянии Sp2 (графит). В нашем же случае мы используем пленки ЛЦУ, которые на 99% состоят из углерода в состоянии Sp1. Поэтому исследование взаимодействия в системе Cd-ЛЦУ при термическом воздействии представляет академический интерес.

Для исследования пленка кадмия наносилась термическим испарением в вакууме на подложку покровного стекла. Методом ионно-плазменного синтеза кадмий покрывался пленкой ЛЦУ, после чего система отжигалась в печи при 450“С. Изменения, произошедшие при отжиге, показаны на рис. 1.

Как видно из рис. 1, после отжига система Cd-ЛЦУ становится прозрачной. Измерение прозрачности до и после отжига проводили на спектрофотометре Lamda 25 в режиме пропускания. Результат представлен на рис. 2.

Пропускание на длине волны 600 нм увеличилось после отжига в 8 раз. Хотя после отжига удельное сопротивление системы Cd-ЛЦУ увеличилось на два порядка, пленка осталась проводящей. Исследование топологии поверхности на микроскопе Femtoscan в атомно-силовом режиме показали существенные изменения. Как видно из рис. 3, при отжиге происходит укрупнение кластеров от 100-150 нм до 200-250 нм.

Структура кластеров исследовалась на просвечивающем электронном микроскопе Jem-2100. Для этого система Сd-ЛЦУ формировалась на пластине NaCl и отжигалась. Перед установкой в микроскоп пленка отмывалась в дистиллированной воде. Результат представлен на рис. 4.

а б

Рис. 1. Пленочная система Cd-ЛЦУ до (а) и после (б) отжига

пт

Name Description

------Samplel93.Sample стек+Cd полупр+2000 ЛЦУ пров

а

б

Рис. 2. Спектр пропускания системы Cd-ЛЦУ до (а) и после (б) отжига

а б

Рис. 3. Изменение морфологии поверхности системы Сd-ЛЦУ до (а) и после (б) термообработки

Как следует из рис. 4, после отжига пленочная система С^ЛЦУ становится наноструктури-рованной с размерами кластеров порядка 10 нм.

Это объясняет высокую прозрачность системы С^ЛЦУ после отжига.

Основной результат получен на приборе ЬЛ8-3000 («ШЬег»), оснащенном полусферическим анализатором с задерживающим потенциалом 0РХ-150. Для возбуждения фотоэлектронов использовали рентгеновское излучение алюминиевого анода (Л1Ка = 1486,6 эВ) при напряжении на трубке 12 кВ и токе эмиссии 20 мА. Калибровку фотоэлектронных пиков проводили по линии углерода С1б с энергией связи (Есв) 285 эВ.

і ЧУ: :mk 1Ш&': у'ШМ*

тщШШш

ивШШ

Ht'&M

чжиб

Рис. 4. Структура кластера системы Cd-ЛЦУ после отжига

395 400 405

415 420 425

410

а б

Рис. 5. РФЭ спектры системы Cd-ЛЦУ после отжига: а - спектр по углероду; б - спектр по кадмий

Химический сдвиг (для кадмия в 0,8 эВ) в приведенных РФЭ спектрах свидетельствует о возможной реакции присоединения атомов кадмия к линейной цепочке углерода через разрыв п-связи при отжиге.

Литература

1. Кочаков В.Д., Новиков Н.Д. Интеркалирование серебра в пленку линейно-цепочечного углерода // Вестник Чувашского университета. 2007. № 2. С. 20-25.

БЕЛОВА АВГУСТИНА ВАЛЕРЬЕВНА - магистрант кафедры теплофизики, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (еее@гатЬ1ег.ги).

BELOVA AVGUSTINA VALERYEVNA - master’s program student of Thermal Physics Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

КРАСНОВА АЛИСА ГЕННАДЬЕВНА - магистрант кафедры теплофизики, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (a1iska816@mai1.ru).

KRASNOVA ALISA GENNADYEVNA - master’s program student of Thermal Physics Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

КОКШИНА АННА ВЛАДИМИРОВНА - магистрант кафедры теплофизики, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (annika21@ramb1er.ru).

KOKSHINA ANNA VLADIMIROVNA - master’s program student of Thermal Physics Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

КОЧАКОВ ВАЛЕРИЙ ДАНИЛОВИЧ - кандидат технических наук, профессор кафедры теплофизики, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (kocherishca@mai1.ru).

KOCHAKOV VALERY DANILOVICH - candidate of technica1 sciences, professor of Therma1 Physics Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.