MPCVD制备β-C_3N_4薄膜的成分和结构研究

摘要

M .L .Cohcn和A .Y .Liu利用半经验公式和第一性原理计算表明 ,如果C和N能够结合成类似于 β Si3 N4结构的化合物 β C3 N4,由于C N的键长比C C的键长短和键的离子性小 ,它的体弹性模量B约为 483GPa至 42 7GPa ,接近甚至超过金刚石的体弹性模量。这是人类第一次从理论上预言一种超硬性能的新材料 ,β C3 N4的实验合成不仅可以为人类提供一种全新的材料 ,而且能够进一步检验理论预言的正确性。本文采用微波等离子体化学气相沉积法 (MPCVD) ,用高纯氮气 ( 99.999% )和甲烷 ( 99.9% )作反应气体 ,在单晶Si( 1 0 0 )基片上沉积C3 N4薄膜。利用扫描电子显微镜 (SEM)观察薄膜形貌表明 ,薄膜由密排的六棱晶棒组成。X射线能谱 (EDX)分析了这种晶态C N膜的化学成分 ,对不同样品不同区域的分析结果表明 ,N/C比接近于 4/3。X射线衍射 (XRD)结构分析说明该膜主要由 β C3 N4和α C3 N4组成。利用XPS分析说明薄膜为C+ N-极性键结合 ,FT IR和Raman谱支持C N公价键的存在。