Электротранспортные свойства углеродной наноструктуры, полученной методом усиленного плазмой химического осаждения из газовой фазы, при термоциклировании

Abstract

Исследованы структура и электропроводность образцов углеродных слоев нанографита, выращенных методом химического осаждения из газовой фазы, усиленного микроволновой плазмой (PECVD), на установке компании IPLAS Innovative Plasma Systems GmbH (Германия). Образцы выращивались на подложках из плавленого кварца при времени осаждения 20 и 40 мин соответственно. Исследование сформированных слоев нанографита методами комбинационного рассеяния света и сканирующей электронной микроскопии показало, что поверхность образца нанографита, осаждавшегося 20 мин, покрыта большим количеством не связанных между собой зародышей вертикального графена со средними размерами менее 10 нм. Увеличение времени роста до 40 мин приводит к увеличению размеров зародышей до 20–30 нм, однако их перекрытия не происходит. Это подтверждает, что образцы соответствуют начальным стадиям формирования вертикального графена на выращенных слоях нанографита и перколяционная структура в них отсутствует. На полученных образцах были исследованы температурные зависимости слоевого электрического сопротивления на постоянном токе в диапазоне 4 –300 К и влияние на них числа циклов N охлаждение – нагрев (300 К – 2 К – 300 К) в атмосфере газообразного гелия, а также изменения атмосферы хранения образцов (путем их помещения в воздушную среду после отогрева до комнатной температуры). Обнаружено, что слоевое электрическое сопротивление образца, осаждавшегося в течение 20 мин, весьма чувствительно к двум технологическим параметрам измерения – числу циклов N и изменению атмосферы хранения после отогрева. Это проявилось в том, что после четырех циклов охлаждение – нагрев и одной смены атмосферы (гелий – воздух – гелий) после отогрева сопротивление увеличилось более чем на 20 %, достигнув насыщения. Сопротивление образца, осаждавшегося в течение 40 мин, показывало меньшую чувствительность при термоциклировании, увеличиваясь не более чем на 10 %. Эффект влияния термоциклирования связывается с перестройкой дефектов, образовавшихся на границах зерен в слое нанографита, а в случае смены атмосферы – с пассивированием оборванных связей атмосферными газами.