Спосіб вирощування плівок алмазоподібного вуглецю

1. Спосіб вирощування плівок алмазоподібного вуглецю з газової фази в плазмі тліючого розряду постійного струму малої потужності (до 100 Вт) з суміші вуглецевмісного газу (СН4 або СН3СОСН3) і водню, який відрізняється тим, що безпосередньо в процесі зростання вибірково при гнічують утворення неалмазних модифікацій вуглецю, для чого здійснюють селективне опромінювання плівок, що ростуть, лазерним випромінюванням в спектральній області 400-600 нм. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що селективне опромінювання здійснюють направленим випромінюванням лазера на довжині хвилі 532 нм при щільності потужності випромінювання 10-60 Вт/см2 без подачі напруги зміщення на підкладку. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що одночасно здійснюється фотосенсибілізована дисоціація водню в низькотемпературній плазмі, що дозволяє в 2-3 рази підвищити концентрацію атомарного водню в приповерхневому ростовому шарі. Корисна модель відноситься до отримання плівкових вуглецевих алмазоподібних матеріалів і може бути використана при вирощуванні якісних (до 85% sр3-фази) алмазоподібних вуглецевих плівок і покриттів для різноманітних областей застосування. Відомі численні публікації з даної проблеми, а також патенти на способи вирощування алмазних і алмазоподібних плівок, та вживані для цього технічні рішення. Дотепер розроблені і використовуються методи отримання алмазоподібного вуглецю (DLC) з газової фази (Chemical Vapour Deposition (CVD) і Physical Vapour Deposition (PVD) методи), при використанні газу-травителя (атомарного водню) (Spitsyn B.V., Bouilov L.L., Derjaguin B.V. // J.Cryst.Growth. - 1981. - Vol. 52. - P. 219226). Застосування даної методики обумовлене особливостями отримання алмазної фази в облаcтi метастабільної стійкості алмазу, коли стабільнішою фазою є графіт. Тому в ростову систему вводиться компонент, який труїть, і це дозволяє вести конкуруючі процеси осадження та травлення як алмазної, так і графітної фаз. Швидкість травлення графіту атомарним Н може бути набагато вище за швидкість його росту і значно перевищує швидкість травлення алмазної фази. Таким чином, в умовах інтенсивного травлення можливе селек3 тивне зростання переважно алмазної sр -фази і придушення утворення графітної sр -фази. Для травлення і управління властивостями отримуваного матеріалу, окрім газофазних травильників використовують також бомбардування твердого тіла потоками енергетичних іонів (P. Reinke, G. Francz, P. Oelhafen et al. // Phys.Rev.B. - 1996. - V. 54, №10. - P. 7067-7072). Опромінювання ростової поверхні енергетичними частинками застосовується і для зниження активаційного бар'єру ростових хімічних реакцій на поверхні підкладки. В патенті United States Patent Application №20050163985, B32B 007/02, опубл. 2005 p., показаний спосіб отримання синергетичних вуглецевих матеріалів з використанням різноманітних методик газофазного зростання. Для активації ростових хімічних реакцій використовувався як потік енергетичних частинок (енергії до 100еВ), так і температурна активація (до 300°С). Це дозволяло отримувати плівки і покриття з низьким рівнем напруги, низькою щільністю, з відносно невеликими діелектричними константами. В результаті виходив вуглеце3 2 вий sp -, sp - і sp-матеріал, що формується взаємопроникаючими алмазоподібними, графітоподібними та полімероподібними структурними елементами. Недоліки вищеописаних способів пов'язані з труднощами забезпечення достатньої концентрації атомарного водню в ростовій атмосфері, особ (19) UA (11) 47786 (13) U 2 3 ливо при використанні плазми малої потужності. Відносна концентрація атомарного водню не перевищує 1% при електричних потужностях розряду менших 100Вт. Такі значення зазвичай недостатні для ефективного травлення і результуючий матеріал сильно забруднений графітоподібним вуглецем. Крім того, при використанні газофазних травильників (Н, О), ці елементи можуть утворювати хімічні зв'язки з вуглецем і залишатися в отримуваному матеріалі, що негативно позначається на його властивостях. Дія ж на матеріал потоків енергетичних частинок призводить до радіаційних пошкоджень структури і неможливості отримання ультратонких шарів матеріалу. До аналогічного ефекту призводить використання відносно високих температур підкладки, необхідних для активації ростових хімічних реакцій при газофазному синтезі. Таким чином, аналіз існуючого положення справ свідчить про актуальність вирішення проблем отримання і управління властивостями алмазоподібних вуглецевих матеріалів, зокрема, отримання тонких плівок, підвищення якості покриттів, зниження енергетичних витрат і часу для їх отримання та ін. Як прототип було обрано спосіб отримання алмазних плівок методом газофазного синтезу (Патент Російської Федерації, номер заявки: 96103349/09, H01J9/02, Н01J1/30, опубл. 2000 р.), який включає запалення тліючого розряду постійного струму в розрядному проміжку між катодом і анодом в потоці водню, нагрівання підкладки до температури осадження, подачу вуглецевмісного газу в потік і осадження алмазної плівки в суміші водню з вуглецевмісним газом, видалення надлишків графітової фази в розряді в потоці водню. Нагрів підкладки здійснюють до температури 700900°С, осадження алмазної плівки проводять при 2 щільності розрядного струму 0.3-2А/см при концентрації вуглецевмісного газу в газовому потоці 3-10%. В результаті осадження плівок запропонованим способом утворювалася нанокристалічна алмазна плівка. До недоліків вказаного рішення слід віднести необхідність підтримки високої температури плазми (а, отже, високої потужності електричного розряду), для забезпечення достатньої концентрації атомарного водню і травлення графітної фази. Висока температура підкладки може призводити до додаткової графітизації алмазного шару. Загальною ознакою прототипу і корисної моделі, що заявляється, є вирощування плівок алмазоподібного вуглецю з газової фази в плазмі тліючого розряду постійного струму з суміші вуглецевмісного газу і водню. Задачею пропонованої корисної моделі є отримання алмазоподібних вуглецевих плівок і 3 покриттів з високою часткою sр -фази в структурі при мінімальних енергетичних витратах технології зростання. В основу корисної моделі покладено ефект направленої дії малопотужного лазерного випромінювання в спектральній області 400-600нм на процеси газофазного зростання і на властивості алмазоподібного вуглецю. Ключовим моментом 47786 4 корисної моделі є задача безпосереднього управління процесами зростання матеріалу при постійній дії випромінювання, а не постобробка випромінюванням вже отриманих зразків. Поставлена задача вирішується при фотостимульованому газофазному отриманні алмазоподібного вуглецю. Як відомо, алмазоподібний вуглець має складну структуру, що складається з взаємно3 2 проникаючих структурних елементів з sp -, sp - та іноді sp-типом зв'язків атомів. Співвідношення цих структурних фаз визначає властивості отримуваного матеріалу. Коефіцієнт поглинання випромінювання видимого діапазону спектру для цих структурних модифікацій може відрізнятися на декілька порядків величини: випромінювання з довжиною хвилі 400-600нм ефективно поглинається неалмазними sр2-гібридизованими модифікаціями вуглецю і практично не поглинається алмаз3 ним sр -гібридизованим вуглецем. Таким чином, задача управління зростанням і властивостями вуглецевих структур вирішується забезпеченням селективності дії випромінювання видимого діапазону на матеріал - виборчим поглинанням випромінювання тільки неалмазними sр2гібридизованими модифікаціями вуглецю (графіт, аморфний вуглець) і дефектами структури. Таке селективне поглинання випромінювання призводить до виборчого збудження і активації цих структурних модифікацій на ростовій поверхні, інтенсивній перебудові матеріалу на ній, селективному видаленню (стравлюванню) неалмазних модифікацій вуглецю з поверхні, по аналогії з газофазним травленням. Вибрана методика приводить до виборчого придушення утворення неалмазних модифікацій вуглецю і переважання в структурі плі3 вок фази sp -гібридизованого алмазоподібного вуглецю, прозорого для електромагнітного випромінювання в спектральній області 400-600нм. Запропонована методика опромінювання поверхні зростання вуглецевих структур призводить також до критичних змін в газовій фазі в приповерхневому ростовому шарі. Пряма фотодисоціація водню в газовій фазі можлива лише при використанні УФ-випромінення з довжиною хвилі