非晶碳氢膜晶化凝聚的蒙特卡罗模拟

摘要

在材料科学领域中,关于非晶碳氢膜的研究,三十年来国内外一直处于活跃时期,非晶碳氢(a-CH)膜系类金刚石结构,有着许多特殊性能,电阻率高,红外及可见区透明,电介性能好,硬度大,抗蚀性强,还可掺杂。在电子学器件,光学器件,生物工程及机械工程等方面,a-C:H膜都有美好的应用前景。采用直流射频辉光放电法在KCl衬底上制备的a-C:H膜,存放了四年也未发现性能发生变化,衍射象始终呈显晕环。红外谱峰值出现在2870,2930和2970cm^(-1)处,它们分别对应于对称SP^3CH_3,SP^3CH_2和C-H组合,以及反对称SP^3CH_2的伸展振动,表明四面体功能团在a-C:H膜中占绝对优势,经激光辐照晶化凝聚,形成链环状结构,具有功能团-功能团扩散聚合特征,显示出标度不变性分形,我们以无序功能团切变与扩散和有限扩散凝聚的概念为基础,由红外和喇曼实验测定a-C:H膜的三延向功能团与双延向功能团数目之比为2.43,并从理论上提出了a-C:H膜的非平衡晶化凝聚模型,在计算机上进行蒙特卡罗模拟,先后在四方阵,三角阵和六角阵上模拟出了a-C.H的分形图,而且由密度关联函数和稳键最小二乘法拟合所获得的分维值均为1.83+0.03,同时发现随密度增大而标度区变宽的拓扑性质。