本文關鍵詞：含氮和無氮的碳化鍺薄膜鍵合結構和性質研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：碳化鍺(Ge_(1-x)C_x)薄膜具有優(yōu)良的光學和力學性能,這些特點使其可以應用為紅外增透保護膜材料和半導體薄膜材料,并引起了研究者的廣泛關注。迄今為止,對碳化鍺薄膜的研究取得了顯著的成就,然而尚且存在如下不足:(1)已有研究表明碳含量是影響碳化鍺薄膜硬度的一個重要因素,但是文獻報道的硬度結果差異較大,鍵合結構對硬度影響的微觀機制尚不清楚;(2)碳化鍺薄膜存在硬度低和光學帶隙窄兩個不足。這兩個缺點共同導致碳化鍺薄膜作為紅外增透保護膜時,難以在高速飛行條件下使用,如何提高硬度和光學帶隙是亟待解決的問題。針對以上問題,本文利用磁控濺射方法,以CH_4、Ar、N_2為放電氣體,制備了Ge_(1-x)C_x和Ge_(1-x-y)C_yN_x:H薄膜。通過X射線光電子能譜(XPS)、傅立葉紅外變換光譜(FTIR)、拉曼光譜(Raman)、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外-可見-近紅外分光光度計(UV-VIS-NIR)、輪廓儀、納米壓痕儀等手段表征薄膜的鍵合結構、光學性質及力學性質。主要發(fā)現(xiàn)點如下:(1)碳含量(x)顯著影響著Ge_(1-x)C_x薄膜的鍵合結構和硬度。當碳含量較低時(x0.17),薄膜中主要存在著Ge-Ge鍵,使其接近于純Ge網絡。當碳含量較高時(x0.40),薄膜中大量的sp2C-C鍵使其接近于石墨結構。因此,過低和過高的碳含量都不利于形成高硬度的Ge_(1-x)C_x薄膜。相比之下,當0.17x0.40時,大量sp~3C-Ge鍵的形成促進了共價鍵網絡的形成,使得Ge_(1-x)C_x薄膜硬度提升。研究發(fā)現(xiàn),sp~3C-Ge鍵濃度是影響Ge_(1-x)C_x薄膜硬度的重要因素。(2)氮的引入能顯著改善碳化鍺薄膜的光學及力學性能。隨著氮的引入,Ge_(1-x-y)C_yN_x:H薄膜中Ge含量基本維持不變,同時C含量降低,N含量升高,即C原子逐漸被N原子所取代。薄膜的折射率從3.0持續(xù)降低到2.3,這是由于N原子取代C原子之后,分子極化率的降低;薄膜的光學帶隙從1.11eV升高到1.56eV,這是由于強的Ge-N鍵取代相對弱的Ge-C鍵,從而提高了電子的平均束縛能;硬度從6.25GPa提高到11.73GPa,這是由于Ge-N鍵取代Ge-C鍵后,鍵能增加,同時形成共價網絡;薄膜的Urbach帶尾寬度從198.77meV增加到327.94meV,這主要歸因于介電系數(shù)的下降,而非結構無序度的影響;但是當?shù)砍^9.7%時,薄膜的遠紅外透過率降低,這是由于Ge-N鍵取代Ge-C鍵之后,鍵能的增加使得晶格振動頻率增大。綜上,作為紅外增透保護膜時,存在著最優(yōu)的氮含量范圍。
【關鍵詞】：碳化鍺 鍺碳氮 鍵合結構 力學性質 光學性質
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 碳化鍺薄膜的制備方法10-12
• 1.2.1 磁控濺射法10-11
• 1.2.2 化學氣相沉積11
• 1.2.3 脈沖激光沉積11
• 1.2.4 離子濺射11-12
• 1.3 碳化鍺薄膜的鍵合結構和性質12-22
• 1.3.1 碳化鍺薄膜的鍵合結構12-13
• 1.3.2 碳化鍺薄膜的性質13-22
• 1.4 研究依據(jù)與主要內容22-24
• 第二章 薄膜的制備與表征24-30
• 2.1 磁控濺射的工作原理24-26
• 2.2 樣品的制備26-27
• 2.3 樣品的表征27-30
• 第三章 碳含量對碳化鍺薄膜鍵合結構和硬度的影響30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 碳含量對碳化鍺薄膜成分和鍵合結構的影響30-34
• 3.3 碳化鍺薄膜硬度隨碳含量的演變及機制34-37
• 3.4 本章小結37-38
• 第四章 氮引入對碳化鍺薄膜成分、鍵合結構、光學及力學性能影響的研究38-60
• 4.1 引言38
• 4.2 氮引入對碳化鍺薄膜成分和鍵合結構的影響38-47
• 4.2.1 氮引入對碳化鍺薄膜化學成分的影響38-40
• 4.2.2 氮引入對碳化鍺薄膜結構和表面形貌的影響40-43
• 4.2.3 氮引入對碳化鍺薄膜化學鍵的影響43-47
• 4.3 氮引入對碳化鍺薄膜光學和力學性質的影響47-58
• 4.3.1 氮引入對碳化鍺薄膜折射率的影響47-50
• 4.3.2 氮引入對碳化鍺薄膜光學帶隙的影響50-52
• 4.3.3 氮引入對碳化鍺薄膜Urbach帶尾寬度的影響52-54
• 4.3.4 氮引入對碳化鍺薄膜紅外透過性的影響54-56
• 4.3.5 氮引入對碳化鍺薄膜硬度的影響56-58
• 4.4 本章小結58-60
• 第五章 結論60-62
• 參考文獻62-72
• 碩士期間所獲得科研成果72-74
• 致謝74

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