脉冲激光沉积CNx薄膜：微观结构与温度影响

"CNx薄膜, 脉冲激光沉积, 微观组织结构, 扫描电镜(SEM), X射线衍射(XRD), X射线光电子谱(XPS), 拉曼光谱(Raman), 非晶状态, 基片温度, C-N键, sp3键, sp2键, 石墨化程度" 这篇论文是2013年发表在《浙江工业大学学报》上的科研成果，主要研究了脉冲激光沉积技术用于制备CNx薄膜的微观组织结构特性。CNx薄膜是一种含有碳和氮元素的复合材料，因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于各种领域，如能源、传感器和半导体器件。 研究人员通过脉冲激光烧蚀CNx靶材，在不同的基片温度（室温至450℃）下制备了CNx薄膜。他们利用多种先进的分析手段，包括扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子谱（XPS）和拉曼光谱（Raman），来深入理解薄膜的结构和化学性质。 实验结果显示，所得到的CNx薄膜呈现非晶态，这意味着它们没有明显的长程有序结构。薄膜的表面形貌与沉积时基片的温度有密切关系，当基片温度超过150℃时，薄膜表面变得相对光滑。进一步的研究发现，随着基片温度的升高，薄膜中的C-N键的面积分数从31.2%逐渐减小到14.1%，同时N-sp3 C键和N-sp2C键的面积分数也相应减少。这表明，较高的基片温度可能不利于C-N键的形成，尤其是sp3键。值得注意的是，300℃时的条件最有利于sp3键的生成，这可能是因为在这个温度下，碳氮键的排列方式更倾向于形成稳定的三键结构。 拉曼光谱分析提供了关于薄膜内部结构有序性的信息。ID/Ic比值（D峰与G峰强度之比）总体上升，G峰位置向高频方向移动且半高宽（FWHM）下降，这些变化揭示了CNx薄膜从无序结构向更高有序化的类石墨结构转变，表明其石墨化程度在增加。这意味着薄膜的结构更加有序，这对提升材料的电学和光学性能至关重要。 这项研究通过调控基片温度，成功地影响了CNx薄膜的微观结构和化学键合状态，为进一步优化CNx薄膜的性能和应用提供了重要的理论依据。这些发现对于理解和改进脉冲激光沉积法制备的CNx薄膜的性质具有重要意义，并为设计和制备具有特定性能的新型功能材料提供了新的思路。