Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

CVD diamond: from growth to application

100%

Fabisiak K. , Staryga E.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

tom Vol. 37, nr 2

264-269

EN

Purpose: The main purpose of these studies was to give a short review of basic diamonds properties and indicate possibilities of different applications of this material. As an example, the application of CVD (Chemical Vapour Deposition) diamond layer in electrochemistry was shown. Design/methodology/approach: The diamond layers were synthesized using Hot Filament CVD (HF CVD) technique from a mixture of methanol and hydrogen. The physical and electrochemical properties of the obtained layers were studied by Raman spectroscopy and Cyclic Voltammetry (CV). Findings: It was shown that it is possible to synthesize the diamond layers of different morphology and quality. Raman microprobe measurements showed that quality of diamond films deposited by HF CVD method reflect their morphology. CV measurements showed that the fabricated electrodes had wide potential window almost twice bigger in comparison to the classical Pt electrode. Research limitations/implications: The interaction of diamond layers with chemical and biological environment is not complete. Practical implications: CVD diamond (synthetic diamond made by a chemical vapour deposition process) is an important family of materials used in microelectronic and optoelectronic packaging and for laser and detector windows. Its ultra-high thermal conductivity enables to increase microprocessor frequency and output power of microelectronic and optoelectronic devices. Diamond is resistant to chemical attack and chemical sensors based on the fact it can work in harsh environment. Originality/value: The paper underlines an important role of diamond films as a promising material for production of electrodes for electrochemical applications.

2

Zastosowanie warstw diamentowych w woltamperometrii cyklicznej

80%

Kowalska M. , Fabisiak K. , Wrzyszczyński A.

|

tom T. 91, nr 11

2146--2149

PL

Zbadano możliwości zastosowania warstw diamentowych otrzymywanych z fazy gazowej do zastosowań elektrochemicznych. Warstwy diamentowe o różnych właściwościach fizycznych otrzymywano przy użyciu reaktora HF CVD (hot-filament chemical vapor deposition) sterując odpowiednio parametrami syntezy. Otrzymane warstwy charakteryzowane były m.in. za pomocą spektroskopii Ramana, skanningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz dyfrakcji promieni X (XRD). W zależności od warunków syntezy warstwy różniły się morfologią, wielkością krystalitów oraz zawartością fazy węgla amorficznego. Właściwości te miały istotny wpływ na właściwości elektrochemiczne elektrod diamentowych, które badano za pomocą woltamperometrii cyklicznej (CV).

EN

Polycryst. diamond layers (1,5–10 µA thick) were deposited on a W wire by hot-filament decompn. of MeOH vapours in H₂ at 1000 K and 50 mbar and studied for morphology by SEM, Raman spectroscopy and voltammetry. The diamond layers showed a high quality.

3

Wpływ struktury warstwy diamentowej na emisję elektronów z układu powłoka diamentowa/krzem

80%

Staryga E. , Fabisiak K. , Dłużniewski M. , Znamirowski Z.

|

tom Vol. 52, nr 8

21-23

PL

Zbadano prądy emisji dla układów polikrystaliczna warstwa diamentowa/ krzem i domieszkowana polikrystaliczna warstwa diamentowa/krzem. Wyniki potwierdzają istnienie relacji pomiędzy strukturą warstw diamentowych i ich właściwościami emisyjnymi. Domieszka azotu wpływa na wzrost prądu emisji z badanych układów. Kształt charakterystyk prądowo-polowych dla domieszkowanych azotem warstw diamentowych może być interpretowany przy założeniu stochastycznego rozkładu rozmiaru promieni przewodzących kanałów, które tworzą centra emisji.

EN

The emission currents from polycrystalline diamond/silicon and nitrogen-doped polycrystalline diamond/silicon structures have been investigated. As expected, the results confirm the relation between the structure of diamond films and their emission properties. The nitrogen doping enhances significantly the electron emission from the heterostructures. The shape of current-voltage characteristics for nitrogen-doped polycrystalline films may be interpreted in terms of stochastic distribution of radius of conducting channels which form the emission centers.

4

Electrical properties and Mott parameters of polycrystalline diamond films synthesized by HF CVD method from hydrogen/methanol gas mixture

80%

Banaszak-Piechowska A. , Fabisiak K. , Staryga E. , Paprocki K.

Materials Science Poland

|

2017

|

tom Vol. 35, No. 4

830--837

EN

The influence of diamond crystallinity and preferred orientation on electronic conductivity of synthetic diamond films grown by hot filament chemical vapour deposition (HFCVD) was investigated. The CVD diamond films of different morphologies and crystallite sizes varying from 36 nm to 67 nm, measured in ‹2 2 0› direction were considered. The charge transport mechanism in the diamond samples was studied using temperature dependent DC conductivity measurements. The obtained results showed that in the temperature range of 90 K to 300 K charge transport is realized via Variable Range Hopping (VRH, m = 1/4) mechanism. Using VRH model, the Mott parameters were evaluated i.e. density of states at Fermi level N(EF) (0.22 × 1015 eV-1·cm-3 to 1.7 × 1015 eV-1·cm-3), hopping energy W (43.5 meV to 142.3 meV) and average hopping distance R (1.49 × 10-5cm to 2.56 × 10-5cm). It was shown that above mentioned parameters strongly depend on diamond film preferential orientation.

5

Wpływ domieszkowania azotem warstw diamentowych na właściwości emisyjne układu DF/Si

80%

Staryga E. , Znamirowski Z. , Fabisiak K.

|

2009

|

tom Vol. 50, nr 1

117-119

PL

Zbadano emisję elektronów z heterostruktur warstwa diamentowa/krzem i warstwa diamentowa domieszkowana azotem/krzem. Analiza natężenia prądu emisji w zależności od natężenia pola elektrycznego umożliwiła wyznaczenie parametrów emisyjnych (efektywna praca wyjścia, natężenie pola włączeniowego) wytworzonych heterostruktur. Badane układy odznaczały się stabilną pracą podczas pomiaru emisji polowej. Zaobserwowano znaczny wzrost prądu emisji w układach z domieszkowaną azotem warstwą diamentową w stosunku do prądu emisji z układów z niedomieszkowaną warstwą. Wyniki badań pokazują, iż wytworzone warstwy diamentowe, przy doborze odpowiednich parametrów procesu HF CVD, zastosowaniu domieszkowania azotem oraz wyborze odpowiedniego podłoża półprzewodnikowego, mogą stanowić dobry materiał na pokrycie emiterów polowych.

EN

The emission current from diamond/silicon and nitrogen doped diamond/silicon heterostructures has been investigated. The analysis of the emission current vs. electric field characteristics have enabled to determine the basic emission parameters (such as effective work function, turn-on field). The studied heterostructures was stable during the measurements. The nitrogen doping turned out to enhance the electron emission from the heterostructures significantly. The results presented prove that it is possible to obtain good electron emitters using silicon covered with polycrystalline diamond films provided that the properly chosen parameters of HF CVD preparation, including nitrogen doping, are used.

6

Simple model for the thermal conductivity estimation on the basis of Raman and ESR spectroscopy measurements

80%

Masierak W. , Fabisiak K. , Kaczmarski M. , Kozanecki M.

|

tom Vol. 36, nr 2-3

225-234

EN

The diamond films were grown at different working gas pressure in the range of 20-80 mbar by using hot filament chemical vapor deposition (HF CVD) technique. It was observed that the film morphology was dependent on deposition pressure and changed from so called "ball-like" via (111) and (100) type to the morphology of mixed character. The diamond film quality was studied by means of Raman and ESR (electron spin resonance) spectroscopy measurements. Within the presented work a simplified model for heat conductivity was proposed which allows to estimate the value of the thermal conductivity on the basis of Raman and ESR measurements. The obtained results are in good agreement with those reported in literature.

7

EPR study of chromium centres in CrAPO-5 molecular sieves

71%

Padylak B. , Kornatowski J. , Zadrożna G. , Fabisiak K. , Gutsze A.

|

tom Vol. 23, No. 4

1035--1046

EN

The X-band EPR spectra of CrAPO-5 molecular sieves exhibiting high or low sorption capacities for nitrogen and benzene, signed HS and LS samples, respectively, were studied at 300 and 77 K. The EPR spectra of the as-synthesized HS and LS samples consist of a broad intense signal (geff = 1.971 ± 0.001, ΔHpp ≅ 500 G) with a positive lobe at geff = 5.15±0.01, assigned to Cr3+ (3d3, 4F3/2) ions with a rhombic distorted octahedral coordination. Calcined samples show an additional narrow EPR signal of axial symmetry with g|| = 1.971 ± 0.001 and g⊥ = 1.959 ± 0.001, also assigned to Cr5+ (3d1, 2D3/2) ions in an octahedral coordination. HS samples heated under vacuum exhibit a decrease in the intensity of the Cr3+ lines as well as several new signals. Two of them are characterized by an axially symmetric g factor and belong to Cr5+ centres in square pyramidal and tetrahedral coordination. The third signal may be assigned to Cr+ (3d5, 6S5/2) ions. The EPR spectra of LS samples heated under vacuum show a strong decrease in the intensity of Cr3+ lines and only the two signals of Cr5+ centres in the same coordination. Their g factors are similar to those in the HS samples. Thermal treatment under oxidative (O2) and reductive (H2) atmospheres reveal the reproducible redox properties of Cr5+ ions and a high stability of Cr3+ ions, especially in the HS samples.

8

Naprężenia dwuosiowe w warstwach diamentowych nanoszonych na podłoża krzemowe

71%

Staryga E. , Klimek L. , Fabisiak K. , Kozanecki M. , Jarzyńska D.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

tom Vol. 27, nr 5

1236-1239

PL

W pracy przedstawione są rezultaty badań naprężeń w polikrystalicznych warstwach diamentowych naniesionych przy użyciu metody HFCVD na podłoża krzemowe. Charakterystykę warstw przeprowadzono przy zastosowaniu takich technik jak: spektroskopia Ramana, skaningowa mikroskopia elektronowa i dyfrakcja elektronów wstecznie rozproszonych. Mikrofotografie powierzchni warstw diamentowych wskazują na polikrystaliczną strukturę, składającą się z ziarn diamentu o rozmiarach rzędu 1 um. Badania umożliwiły identyfikację składu fazowego badanego materiału wskazując na znaczny udział fazy diamentowej w ziarnach polikrystalicznej struktury. Analiza rezultatów wskazuje na brak obecności w badanych warstwach diamentowych takich faz krystalicznych jak lonsdaleit i grafit. W przypadku cienkich warstw diamentowych widoczne są obszary podłoża krzemowego nie pokryte warstwą diamentu a prawdopodobnie pokryte amorficzną warstwą węglową lub warstwą węglika krzemu.

EN

In the paper the results of biaxial stress investigations in polycrystalline diamond films deposited on silicon substrates by HF CVD are presented. The diamond films characteristics were carried out using Raman spectroscopy, SEM and EBSD. SEM images of diamond films surface indicate on the polycrystalline structure with diamond grains about 1 um. The researches enabled the identifications of diamond films phase composition indicating on the considerable concentration of diamond phase in the grains of polycrystalline structure. There is no found the crystalline phase as lonsdaleit and graphite in tested diamond films. In the case of very thin films we can shown the places not covered polycrystalline diamond layer, the silicon substrate is covers by amorphous carbon film or SiC film.

9

Wpływ rodzaju prekursora na jakość warstw diamentowych

71%

Fabisiak K. , Banaszak A. , Kozanecki M. , Jarzyńska D. , Staryga E.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2005

|

tom z. 153

177-180

EN

Very high hardness and broad optical window from UV up to IR make the diamond attractive for many applications. In this work the Raman spectroscopy was used to determine the quality of polycristalline diamond films obtained by Hot Filament Chemical Vapor Deposition Method. Lower contain of amorphous carbon phase and lower value of FWHM of the layers obtained from C(2)H(2) comparing to films obtained from CH(3)OH.

10

Diamond-like carbon and diamond films as source of electron emission

61%

Staryga E. , Znamirowski Z. , Jarzyńska D. , Fabisiak K. , Banaszak A. , Cłapa M.

Karbo

|

2005

|

tom Nr 4

244-251

EN

We investigated electron field emission from diamond-like carbon and diamond thin layers. DLC and diamond films were deposited onto Si substrate using Radio Frequency Chemical Vapour Deposition process and Hot Filament Chemical Vapour Deposition technique, respectively. The field emission characteristics were described using the Fowler-Nordheim model. To analyze the surface morphology Raman spectroscopy, Electron Spin Resonance (ESR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) was used. We obtained well-defined Raman spectrum peak for diamond films at 1332 cm-1.The Raman spectrum, for DLC layers, showed asymmetric peak consist of D and G-band around 1550 cm-1. It indicate for existence of sp3 (diamond) and s2 (graphite) phase in these films. The field emission for DLC films was obtained at turn-on electric field between 70-90 V/μ while for diamond films in a range between 60-140 V/μ. It seems that changes of turn-on field values and emissive properties of thin carbon layers may be cause by different content graphite phase in carbon films.

PL

Przebadano elektronową emisje polową węgla diamentopodobnego(DLC) i cienkich warstw diamentowych. Charakterystyki emisji polowej zostały opisane w oparciu o model Fowlera-Nordheima. Do analizy morfologii powierzchni zastosowano spektroskopię Ramana, elektronowy rezonans spinowy (ESR) oraz skaningowa mikroskopie elektronowa (SEM). Otrzymano wyraźne widma Ramana dla cienkich warstw diamentowych z maksimum przy 1332 cm-1. Widmo Ramana dla warstw DLC przedstawia asymetryczne składoweDorazG(1550 cm-1). Ta ostatnia świadczy o istnieniu faz sp3 (diament) oraz sp2 (grafit) w tych warstwach. Emisja polowa dla warstw DLC uzyskana była przy ustalonym na 70-90 V/μ.m natężeniu pola elektrycznego, zaś dla warstw diamentowych w przedziale 60-140 V/μm. Pomiary wskazują, że zmiany wartości przyłożonego pola i właściwości emisyjnych cienkich warstw węgla mogą być wywołane różną zawartością fazy grafitowej w warstwach węglowych.

11

Thermoluminescence properties of undoped diamond films deposited using HF CVD technique

61%

Paprocki K. , Winiecki J. , Kabacińska R. , Przegiętka K. , Szybowicz M. , Fabisiak K.

Materials Science Poland

|

2017

|

tom Vol. 35, No. 4

785--790

EN

Natural diamond has been considered as a perspective material for clinical radiation dosimetry due to its tissue biocompatibility and chemical inertness. However, the use of natural diamond in radiation dosimetry has been halted by the high market price. The recent progress in the development of CVD techniques for diamond synthesis, offering the capability of growing high quality diamond layers, has renewed the interest in using this material in radiation dosimeters having small geometrical sizes. Polycrystalline CVD diamond films have been proposed as detectors and dosimeters of β and α radiation with prospective applications in high-energy photon dosimetry. In this work, we present a study on the TL properties of undoped diamond film samples grown by the hot filament CVD (HF CVD) method and exposed to β and α radiation. The glow curves for both types of radiation show similar character and can be decomposed into three components. The dominant TL peaks are centered at around 610 K and exhibit activation energy of the order of 0.90 eV.

12

Cyclic voltammetry and impedance studies of undoped diamond films

51%

Mosińska L. , Kowalska M. , Popielarski P. , Fabisiak K. , Paprocki K. , Szybowicz M. , Wrzyszczynski A. , Zhusupkalieva G. K.

|

tom Vol. 31, No. 1

146-150

EN

The undoped, polycrystalline diamond films were deposited on tungsten wire substrates by hot filament chemical vapor deposition (HF CVD), using a precursor gas mixture of methanol with excess of hydrogen. The morphology and quality of the as-deposited films were monitored by scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. The surface morphology analyzed by SEM resembles a continuous and well faceted diamond film. Raman results showed essential differences in qualities of diamond films grown at different hydrocarbon concentrations. The electrochemical properties of diamond electrodes were examined with cyclic voltammetry (CV) and the electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The CV experiments revealed a large chemical window (>~4.3 V) of undoped diamond. Analysis of the ferrocyanide-ferricyanide couple at a diamond electrode suggests some extent of electrochemical quasi-reversibility, but the rates of charge transfer across the diamond substrate interface vary with diamond quality.

13

Field emission and microstructural characterization of diamond films deposited by HF CVD method

51%

Jarzyńska D. , Staryga E. , Znamirowski Z. , Fabisiak K. , Gotszalk T. , Woszczyna M. , Strzelecki W. , Dłużniewski M.

|

tom Vol. 28

13-26

EN

Electron emission from diamond films (DF) deposited using HF CVD technique on silicon substrates has been studied. The field emission characteristics were analyzed using the Fowler-Nordheim model. The diamond films were also characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Raman Spectroscopy (RS) and Electron Spin Resonance (ESR) techniques. The correlation between electron field emission of investigated films, Raman spectra and concentration of paramagnetic centres has been discussed. The electron emission properties of diamond films improved after doping with nitrogen. The field emission was obtained at turn-on electric field equal to about 10 V/µm and about 3 V/µm, for undoped diamond films and N-doped diamond films, respectively. It seems that the change of turn-on field values and other emissive properties of thin diamond layers may be caused by different content of non-diamond phase (e.g. graphite phase) induced by doping.

PL

Przeprowadzono badania emisji polowej z warstw diamentowych osadzonych przy użyciu metody HF CVD na podłożach krzemowych typu n i p. Charakterystyki emisyjne analizowano na podstawie modelu Fowlera-Nordheima. Wytworzone warstwy scharakteryzowano przy użyciu następujących metod: SEM, AFM, spektroskopii Ramana i Elektronowego Rezonansu Spinowego (ESR). Przeprowadzono dyskusję wyników, wskazując na korelację pomiędzy wynikami emisji polowej a koncentracją centrów paramagnetycznych oraz widmami ramanowskimi badanych warstw diamentowych. Zaobserwowano znaczną poprawę właściwości emisyjnych heterostruktur, w których warstwa diamentowa domieszkowana została azotem. Dla układów z niedomieszkowanymi warstwami diamentowymi wartość natężenia pola włączeniowego wynosiła około 10 V/ µm, zaś dla domieszkowanych azotem warstw diamentowych wartość ta równa jest 3 V/µm. Różnice w wartościach pola włączeniowego dla odpowiednich układów wynikają prawdopodobnie z różnej zawartości materii grafito-podobnej w badanych warstwach diamentowych. Warstwy domieszkowane azotem są silnie zdefektowane i zawierają znaczną ilość materii grafitopodobnej.