Influence of the Carbon Ion Implantation on the Adhesion and Properties of Amorphous Carbon Films on Germanium

Abstract

Предложен метод синтеза аморфных гидрогенизированных (a-C:H) пленок углерода с высокой адгезией, основанный на имплантации ионов углерода в подложку из монокристаллического германия. Поток ионизированного углерода создавался источником ионов с азимутальным дрейфом электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. В область с повышенной концентрацией электронов вводили газ пропан. Расход газа-от 4,5 до 10 см 3 /мин. Ионизованные фрагменты пропана, включая углерод, ускорялись электрическим полем и осаждались на подложку. При этом ионизированный углерод внедрялся в поверхностный слой германия, создавая переходную область, обеспечивающую сцепление с напыляемой пленкой. Подложка предварительно обрабатывалась ионами аргона в течение нескольких минут. Синтез покрытия включает двухэтапное осаждение. На первом этапе пленки осаждались ионным пучком со средней энергией около 1,6 кэВ в течение от 0,5 до 1 часа для получения адгезионного слоя. Затем средняя энергия пучка уменьшалась до 0,3 кэВ, и осаждение продолжалось в течение 3,5 часов для сохранения твердости покрытий. Скорость роста покрытий составила 1,8 нм/мин при осаждении из ионных пучков со средней энергией 0,3 кэВ и 7,8 нм/мин при средней энергии пучка 1,6 кэВ. Адгезия, связь покрытия с подложкой высокая: отрыв отсутствует при скрайбировании алмазным наноиндентором Берковича с нагрузкой до 50 мН. Твердость покрытия достигает 20 ГПа. Толщина пленки-600 нм. Спектроскопические исследования показали, что максимум пропускания германия с односторонним a-C:H покрытием-67 % на длине волны 5 мкм, а монокристаллического Ge-51 %. Результаты работы могут быть использованы при создании защитных просветляющих покрытий оптических систем, создании медицинских имплантов и в механических устройствах. Ключевые слова аморфные углеродные гидрогенизированные пленки, адгезия, просветляющие покрытия на германии Благодарности Авторы выражают благодарность В. А. Володину за помощь при работе на спектрометре КРС.