Spektrometria ramanowska w diagnostyce warstw typu DLC osadzanych metodą ablacji laserowej

• Autorzy: Mróz W. , Burdyńska S. , Jelinek M. , Kocourek T. , Prokopiuk A. , Sakai Y. , Suda Y.

Warianty tytułu

EN

The Raman spectrometry diagnostic of diamond like carbon (DLC) films produced by pulsed laser deposition

• Konferencja: Ogólnopolska Konferencja Naukowa "Obróbka Powierzchniowa" (VI; 20-23.09.2005; Kule k. Częstochowy, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy strukturaInej i fazowej cienkich warstw węgla amorficznego zwanych często w literaturze warstwami typu DLC (z ang: diamond like carbon). Warstwy zostały osadzone metodą laserowej ablacji PLD (z ang: pulsed laser deposition), na układzie lasera KrF pracującego na długości faIi & = 248 nm, z częstotIiwościami; f = 3 Hz i f = 17 Hz, przy fluencji promieniowania laserowego F ~ 10 J/cm², na podkładach ze stopów tytanu Ti6Al2M02Cr i Ti1Al-1Mn, o temperaturze pokojowej. Proces osadzania warstw prowadzony był przy ciśnieniu w komorze eksperymentaInej p~ 10 -³ Pa. Na obu podłożach były wcześniej osadzone warstwy buforowe z azotku tytanu (TiN) lub wyglikoazotku tytanu (TiCN) metodą azotowania jarzeniowego. Badania osadzonych warstw wykonano spektrometrem Ramana wykorzystującym do analizy laser o długości fali & = 532 nm. Rejestracja rozproszonego widma ramanowskiego była prowadzona w zakresie liczb falowych 200 -4000 cm-1. Wykonane badania miały na celu ocenę składu fazowego naniesionych warstw oraz oszacowanie udziału ilościowego rozwiązań o hybrydyzacji sp³ - charakterystycznych dla fazy diamentopodobnej. Analiza strukturalna i ilościowa fazy sp³ została wykonana poprzez określenie stosunków nachylenia zbocza widma ramanowskiego S = (I13oo-I11OO)/I11OO w zakresie liczb falowych 1100 - 1300 cm-1 i stosunków pików R = I500l/I1550. Topografia osadzonych warstw była wizualizowana mikroskopem sił atomowych AFM (z ang: Atomic Force Microscopy). Na zdjęciach najcieńszej warstwy (~ 60 nm) są miejscowo widoczne zarysy nanokrystaIitów (nanoziaren), które mogą być strukturami o dużej zawartości wiązań typu sp³.

EN

In the article results of phase and structural analysis of the thin amorphous carbon films often called diamond like carbon films (DLC) are presented. Films were produced by pulsed laser deposition using a KrF excimer laser & = 248 nm), working with frequencies f = 3 Hz and f= 17 Hz. Laser fluency was F ~ 10 J/cm², the same for all depositions. Films were deposited on titanium alloy substrates Ti6Al2M02Cr and Ti1Al-1Mn covered with titanium nitride (TiN) or titanium carbon nitride (Ti CN) buffer layers. Process was carried out in a vacuum chamber with pressure p ~ 10-³ Pa at room temperature. An investigations of DLC layers were executed on Raman spectrometer with the wavelength of diagnostic laser & = 532 nm. Registration of scattered spectrum was made in range 200 - 4000 cm-1. The main aim of our studies was to estimate a phase composition and quantity of fraction with sp' hybridization. The intensity ratio R = I5001/I 1550 and the average slope S = (I1300-I11OO)/I11OO were used for estimation of the structural and quantitative composition of the DLC films. Surface topography of deposited films was visualized by Atomic Force Microscopy. At the topography of the thinnest film (~ 60 nm) in some places are visible profiles of nanocrystalIites, which could be structures with high content of sp³ fraction.

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 5
• Strony: 353--356
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mróz W.

• Wojskowa Akademia Techniczna (WAT), Instytut Optoelektroniki

autor

Burdyńska S.

• Wojskowa Akademia Techniczna (WAT), Instytut Optoelektroniki

autor

Jelinek M.

• Academy of Science of Czech Republic, Institute of Physics, Czech Republic

autor

Kocourek T.

• Academy of Science of Czech Republic, Institute of Physics, Czech Republic

autor

Prokopiuk A.

• Wojskowa Akademia Techniczna (WAT), Instytut Optoelektroniki

autor

Sakai Y.

• Hohhaido University, Division of Electronic and Information Engineering, Japan

autor

Suda Y.

• Hohhaido University, Division of Electronic and Information Engineering, Japan

Bibliografia

• [1] A. C Ferrari, J. Robertson “Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon ” Physical Review B, Vol 61, 2000.
• [2] Q. Wei, J. Sankar, J. Naraynab „Structure and properties of novel functional diamond-like carbon coatings produced by laser ablation” Surf, and Coat. Technology. 146-147 (2001).
• [3] E. Staryga, G. W. Bąk “ Relation between physical and electrical properties of diamond like carbon thin films” Diam.Rel. Mater. 14 (2005) 23-34.
• [4] E.C. Samano, G. Soto, A. Olivas, L. Cota “DLC thin films characterized by AES, XPS and EELS” Appl. Surf. Science 202 (2002) 1–7.
• [5] A. V. Stanishevsky, L. Yu. Kriachtev “Correlation of Raman spectra with the diamond-like carbon properties of amorphous hydrogen free carbon films prepared by a pulsed arc discharge method”. Diam. Rel. Mater. 5 (1996) 1335-1358.
• [6] J. Jeleńkowski, M. Gołębiewski, T. Wierzchoń „Wpływ procesu azotowania jarzeniowego na strukturę warstwy dyfuzyjnej w stopie Ti6Al12Mo3Cr” Inż. Materiałowa. Wyd. Sigma-Not. 2002 (5).
• [7] A. C. Ferrari “ Determination of bonding in diamond like carbon by Raman spectroscopy” Diam.Rel.Mater.11 (2002) 1053-1061.
• [8] W. Mróz, S. Burdyńska, M. Jelinek, T. Kocourek, B. Major, A. Prokopiuk, Y. Sakai, J.R. Sobiecki, Y. Suda, T. Wierzchoń, M. Woźniak „Osadzanie cienkich warstw typu DLC metodą ablacji laserowej” wysłano do Inżynierii Materiałowej w 2005.
• [9] L. Yu. Khriachtiev, R. Lappalainen, M. Hakovirta, M. Rasanen “Raman diagnostic of amorphous diamond like carbon films produced with mass-separated ion beam” Diam.Rel.Mater 6 (1997).
• [10] L. Yu. Khriachtiev, R. Lappalainen, M. Hakovirta, M. Rasanen “Correlation of Raman spectra with carbon ion energy for amorphous diamond like films produced with a mass-separated ion beam” Phys.Lett. A 217, (1996), 354-359.
• [11] E. Staryga “Structure and some electrical properties of amorphous diamond like carbon films” Chaos, Solitons and Fractals Vol 9, No 01, 1964-1975\0888.
• [12] E. Tomassela, L. Thomas, M. Dubois, C. Meunier “Structural and mechanical properties of a-C:H thin films grown by RF-PECVD” Diam.Rel.Mater 13. (2004) 1618-1624.
• [13] J. F. Lin. Z. C. Wan. P. J. Wei. H. Y. Chu, C. F. Ai, “Effect of nitrogen content on mechanical properties and tribological behaviors of hydrogenated amorphous carbon films prepared by ion beam assisted chemical vapor deposition” Thin, Solid. Films 466. (2004) 37-150.
• [14] M. Jedyński, Z. Szymański, W. Mróz, A. Prokopiuk, M. Jelinek, T. Kocourek „ Spectroscopic measurments of plasma plume induced during the laser deposition of the hydroxyapatite” Czechoslovak Journal of Physics, Vol. 54 (4004), Suppl.C