Graphite formation in diamond-like carbon thin films

Abstract

In the present work, particularities of the formation and structure of a graphite phase appearing in a thin amorphous diamondlike carbon (ta-C) film were studied using the method of high resolution electron microscopy. In order to obtain a thin carbon film, a neodymium laser NTS300 with a wavelength of 1064 nm was used. The film was deposited on a glass substrate in the process of a direct evaporation of a graphite target. Study of the graphite phase formation in the film was carried out using the high resolution transmission electron microscopy that allowed for a direct observation of the thin film atomic structure. Electron diffraction analysis shows that in local areas of a thin film a phase transition from amorphous diamond-like ta-C state to graphite occurs. Single crystals of graphite are oriented so that their basic hexagonal planes are parallel to the film surface. This is due to the fact that sp 3 bonds are metastable and can be unstable, particularly on the film surface. Therefore, the transition of sp 3 bonds to sp 2 ones with the formation of planar complexes with a ring structure initially occurs on the film surface. The growth of a graphite crystal nucleus in the ta-C matrix increases the stress and stabilizes the diamond state. Due to this, the graphite phases form dominantly on the film edges. Analysis of electron diffraction patterns has shown that the interplanar spacings depend on the orientation of the planes relative to the film edge. Measurements of interplanar spacings reveals a complicated character of the stress state of the graphite lattice in the thin film. Along with tension-compression stresses, shear stresses are present and they result in a change of the angles between carbon interatomic bonds.Keywords: carbon film, diamond-like structure, amorphous carbon, graphite. Образование графита в алмазоподобных тонких углеродных пленкахПлотников В. А. † , Демьянов Б. Ф., Ярцев В. И., Соломатин К. В. † plotnikov@phys.asu.ru Алтайский государственный университет, пр. Ленина 61, 656049, Барнаул, Россия В работе методом высокоразрешающей электронной микроскопии проведено исследование особенностей образо-вания и структуры графитовой фазы, возникающей в тонкой аморфной алмазоподобной (ta-C) углеродной плен-ке. Для получения тонкой углеродной пленки использовался мощный неодимовый лазер NTS300 с длиной волны 1064 нм. Углерод осаждался на стеклянной подложке из силикатного стекла в процессе прямого испарения гра-фитовой мишени. Исследование образования графитовой фазы в пленке проводилось методом высокоразрешаю-щей электронной микроскопии, позволяющей использовать прямое наблюдение атомной структуры тонкой плен-ки. Электронографический анализ показал, что в локальных областях тонкой пленки происходит фазовый переход из аморфного алмазоподобного ta-C состояния в графит. Монокристаллы графита ориентированы так, что базисная гексагональная плоскость параллельна поверхности пленки. Это связано с тем, что связи sp 3 метастабильны и могут быть неустойчивы, особенно на поверхности пленки. Поэтому переход...

Mechanical properties of fullerite of various composition

“…For example, bulk carbon nanostructures created on the basis of graphene flakes, carbon nanotubes and fullerenes [1][2][3][4], diamond-like phases [5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16], to name a few are of considerable interest. Such properties of these materials as superconductivity, field emission, non-wetting of the surface, ultrahigh specific surface area combined with electrical conductivity seems very promising for various applications: in the fields of catalysis, separation, gas storage, electronics, electrode materials, supercapacitors, etc.…”