Синтез алмазных плёнок в СВЧ плазме: влияние состава газовой смеси на вторичное зародышеобразование

Проект направлен на изучение процессов вторичного зародышеобразования (вторичной нуклеации) при синтезе поликристаллического алмаза методом химического осаждения из газовой фазы в смесях метан-водород. В частности, данный метод позволяет изготавливать сверхтвердые алмазные покрытия на режущем инструменте сложной формы, а также получать эффективные теплоотводящие слои для изделий электроники. При этом, конкретные условия синтеза алмазных плёнок оказывают значительное влияние на их структуру и свойства. Одним из процессов, определяющих конечную структуру плёнки, является вторичное зародышеобразование - зарождение новых зерен на поверхности уже сформировавшейся плёнки. Данный процесс пренебрежимо маловероятен в “стандартных” условиях синтеза поликристаллического алмаза, однако может быть принудительно стимулирован с целью изменения (i) среднего размера зерна, (ii) соотношения sp3 и sp2 фаз углерода, а также (iii) шероховатости синтезируемой плёнки. Вторичную нуклеацию можно стимулировать двумя способами: (1) повышением концентрации метана по сравнению со “стандартными” условиями синтеза, либо (2) добавкой малой доли азота (N2) в реакционную газовую смесь. Данные методы рутинно используются при изготовлении нанокристаллических алмазных плёнок, однако закономерности при активации процессов вторичной нуклеации, а также взаимосвязь между двумя данными способами, до сих пор детально изучены не были. В рамках предлагаемого проекта на подложках кремния в СВЧ плазме будет синтезирован ряд поликристаллических алмазных плёнок толщиной от 200 нм до 20 мкм в области условий синтеза алмаза, близких к условиям активации процесса вторичной нуклеации. Будут получены данные о влиянии условий синтеза, в том числе температуры осаждения и состава газовой смеси, на структуру и фазовый состав полученных плёнок, для чего синтезированные образцы будут изучены методами растровой электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, атомно-силовой микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции. Полученные данные будут ключевыми для раскрытия механизмов образования микрокристаллических, нанокристаллических, а также мультислойных алмазных плёнок, что будет иметь важное значение для применения алмаза в области сверхтвердых покрытий для режущего инструмента, а также при изготовлении эффективных алмазных теплоотводов для электроники.