Инженерия точечных кремниевых дефектов в CVD-алмазе для создания источников яркой люминесценции: формирование и свойства : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель В. И. Шиманский

Abstract

Объект исследования - синтетические моно- и поликристаллические алмазы. Цель работы - исследование парамагнитных и оптических свойств алмаза, полученного методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) в СВЧ плазме в смесях метан–водород–силан, содержащего врожденные центры окраски «кремний–вакансия» (Si–V ) и «кремний–вакансия–водород» (Si–V–H). Методы исследования: измерение спектров электронного спинового резонанса (ЭСР), отражения света (ОС), комбинационного рассеяния света (КРС) и фотолюминесценции (ФЛ) синтетических алмазов. В результате измерены спектры ЭСР образцов специально нелегированных и легированных бором синтетических монокристаллов алмаза с концентрациями атомов бора 2·1017, 2·1018 и 1·1020 см–3. Выявлено, что при увеличении концентрации бора наблюдается ЭСР электрически нейтральных атомов бора и собственных дефектов структуры строения алмаза, а также нерезонансное поглощение СВЧ-излучения дырками валентной зоны алмаза. Измерены спектры КРС образцов алмазных пленок толщиной ≈ 2 мкм, синтезированных методом CVD, на кремниевой подложке. Установлено, что при увеличении концентрации CH4 в газовом потоке CH4/H2 интенсивность алмазного пика (1332 см–1) ослабляется, а D и G полосы (1360–1600 см–1) увеличиваются, что указывает на увеличение в алмазных пленках доли sp2-гибридизованных связей между атомами углерода. Измерены спектры ОС и ФЛ микрокристаллических пленок алмаза на различных подложках. Впервые обнаружен интенсивный оптический шум в инфракрасной области спектра ОС (для длин волн от 2.3 до 3 мкм) от ростовой стороны двух пленок CVD-алмаза толщиной ≈ 2 мкм и ≈ 1 мкм. Установлена связь полосы ФЛ на длине волны ≈ 721 нм с присутствием атомов кремния в алмазных пленках. Методом КРС исследована связь степени разупорядочения структуры и трибологических свойств CVD-алмазных покрытий (АП), осажденных из смесей CH4/H2 на твердый сплав (карбид кремния + 6 вес.% кобальта). Показано, что износ нанокристаллических АП связан с процессами их аморфизации, а у более стойких микрокристаллических АП — с накоплением точечных и протяженных дефектов в кристаллитах и на межкристаллитных границах.