16 Методи одержання ультрадисперсних алмазів (УДА) і наноалмазів (НА)
У попередніх розділах нами розглянуті методи одержання АПП. Один із цих методів – у полум’ї ацетилену – успішно застосовується і для отримання плівок із алмазоподібними частинками. Такі плівки одержуються на установці, схема якої наведена на рисунку 1.23. З метою газифікації графіту підвищують концентрацію водню (для цього вводиться додаткове джерело). Збільшуючи температуру полум’я, можна реалізувати утворення УДА навіть при Тп?870К.
Даний метод дозволяє реалізувати режим максимальної температури в полум’ї (тобто режим повного згорання ацитилену в кисні). Максимальний розмір алмазних кристалів 40 мкм, мінімальний - порядку 1мкм. Для одержання УДА або наноалмазів використовуються динамічні методи створення високих тисків, які базуються на використанні енергії вибуху. Розрізняють дві групи методів динамічного синтезу: детонаційне та ударно-хвильове стискування речовини, що містить вуглець.
При детонаційному стискуванні вуглець міститься у вибуховій речовині і це дозволяє одержувати УДА, а при ударно-хвильовому синтезі – в основному НА або алмазу мікронних розмірів, якщо використовувати для стискування вихідний вуглецевографітний матеріал (графіт або сажу).
Рисунок 1.23 - Схема установки для одержання плівок із алмазоподібними частинками: 1 - газова горілка; 2 – сопло; 3 – факел полум’я; 4 – підкладка; 5 – шар нікелю; 6 – шар пайки; 7 – теплообмінник
Особливість структури НА у цьому випадку полягає в тому, що вони двофазні: в першому випадку алмазо-лонсдейлітна суміш, а в другому – суміш алмазу та а-С. Відомий також різновид детонаційного методу, коли вибухова речовина має від’ємний кисневий баланс, тобто речовина (суміш тротилу і гексогену) розкладається із виділенням вільного вуглецю. В.Ю. Долматов запропонував метод синтезу УДА (розмір – декілька мм), який має назву температурно-градієнтного (тиск – 5,5 ГПа, Т@1620 К).
Один із методів вирощування УДА базується на так званих температурних ефектах. Для цього використовується пучок іонів Ga+ (прискорювальна напруга 50 кВ), який фокусується на відносно велику площу суцільної АПП. Унаслідок теплової дії іонів відбувалася перекристалізація АПП і виростали УДА розміром 30-100 нм (рис. 1.24).
Рисунок 1.24 – Структура УДА, вирощеного із АПП при опроміненні іонами Ga+
Як підкреслювалося у вступі, АПП мають унікальні фізико-хімічних властивості. По-перше, надзвичайно велика питома провідність: від 103 до 108 Ом-1?м-1 із напівпровідниковим характером стрибкової провідності р-типу. Крім того, багато дослідників відмічають велике значення мікротвердості – від 10 до 30 ГПа при товщинах порядку 1мкм (в окремих випадках наводиться значення Нm= 35 і 44,4 ГПа).
Велика увага дослідниками приділяється оптичним властивостям АПП. Це обумовлено реальним використанням їх як покриттів оптичних елементів із Si та Ge. Раніше відмічалось, що спектр комбінаційного розсіювання а-С та і-С плівок суттєво різняться (рис. 1.25). Причина цього полягає у відсутності зв’язку С-Н у і-С плівках, характерного для плівок а-С. Деякі дослідники спостерігали ефект просвітлення від 50 до 90% плівок а-С:Н на Si та Ge в інтервалі хвильових чисел 4000-1000 см-1. У АПП плівках, одержаних іонно-променевим методом, спостерігаються електрооптичні та електрострикційні властивості, квадратичні по електричному полю, що пояснюється дією електричного поля на діелектричну проникність і деформацією плівки. Однак розділити ці внески не вдається.
Рисунок 1.25 – Спектри комбінаційного розсіювання для плівок а-С (1, 2) та і-С (3)
Відомо також, що резистори на АПП порівняно зі ситаловою підкладкою більш стабільні та довговічні.
Дослідження вольт-амперної характеристики вольфрамового гострого катода показали, що після осадження на нього АПП значно збільшується струм емісії і покращується стабільність роботи внаслідок зменшення роботи виходу.
На даний момент широкомасштабні дослідження дозволяють виявити умови, за яких на різних підкладках можна вирощувати а-С, а-С:Н та і-С плівки. Ці умови визначаються процесами на поверхні підкладки і плівки, які залежать від температури, густини потоку й енергії нейтральних та іонізованих частинок (С, CxHx, Ar, H2, H, O2, електронів, фотонів). Найбільш перспективними системами осадження можна вважати системи із комбінованими розрядами, які дозволяють незалежно регулювати всі технологічні параметри процесу. Необхідно відмітити їх складний взаємозв’язок, що створює експериментальні труднощі їх оптимізації.
