3-11 C_XH_1-X薄膜制备

吴卫东 罗江山 张占文 黄勇

　　在碳的众多化合物中，非晶C:H的独特性质引起人们对它们的极大兴趣^[1，2]。作为惯性约束聚变（ICF）靶丸表面的CH涂层就是非晶C:H（a-C:H）。本工作采用低压等离子体化学气相沉积法制备C_XH_1-X薄膜，并对薄膜的特性进行初步分析。

　　其它沉积条件不变，仅改变H₂和反式-2-丁烯的流量比，在5:1～10:1流量比范围内薄膜的沉积速率基本恒定，约3.5nm/min，这表明H₂含量对沉积速率无影响。制备好C_XH_1-X薄膜后，若直接从真空室取出，则薄膜会在几分钟之内起泡并脱离衬底。当用H⁺及H₂原位处理样品后，起泡的现象大为改善，当H⁺处理时间足够长时起泡现象则完全消失。

　　C_XH_1-X薄膜的FT-IR分析结果表明，在C_XH_1-X薄膜中始终存在着C-C单键和C=C双键，只是sp³杂化的C原子与sp²杂化的C原子的比例随H₂与反式–2–丁烯的流量比而异，从谱图上可以看到，在1045～1096cm^-1之间存在一较宽的强吸收峰，在965、1631cm^-1处也有吸收，这表明在C_XH_1-X薄膜中存在=C–O–C振动；在3420cm^-1处强而宽的吸收峰说明存在着-OH基团。1451cm^-1可能对应着–CH基团，因受电负性较大的氧原子的影响，使得CH₃上碳原子的电荷分布发生较大的变化，从而使CH₃的对称振动频率增加。

　　C_XH_1-X薄膜的XPS谱清晰地显示了C（1s），O（1s）以及很弱的N（1s）的吸收峰，这说明在C_XH_1–X薄膜的表面存在着C、O原子和极微量的N原子。C_xH_1-x薄膜制备中使用了不含氧的高纯气体，包括整个通气管道在内的制备环境为5m Pa的高背景真空度，所以新制备C_xH_1–x薄膜在未暴露大气前基本上不含O原子。IR谱指示的–OH、–C=O、=C–O–C等基团是C_xH_1–x薄膜表面大量存在的悬挂键与空气中的O、N、H₂O等结合的产物。

　　将C_xH_1–x薄膜用Ar离子刻蚀掉2nm层厚后所作XPS分析结果表明，氧原子的含量大为减少，原表面与刻蚀后的表面C、O原子数量比由约4:1变化为24.7:1。对在相同条件下沉积的C_XH_1–X薄膜分别用H⁺原位处理1h和2h之后，所作的XPS显示出明显不同的O含量， H⁺处理2h之后的表面C、O原子比仅约为18:1。这说明，C_XH_1-X薄膜表面的悬挂键被H所饱和，处理的时间越长，被饱和的悬挂键越多，表面C、O原子比越高。

　　C_XH_1-X薄膜的FT–IR及XPS谱分析结果表明：在薄膜中，存在C–C单键和相当数量的C=C双键，即存在着sp³杂化的碳原子和sp²杂化的碳原子，它们的数量及比例与沉积条件有关。这方面的进一步研究工作正在进行中。