采用外置式電容耦合低壓等離子化學(xué)氣相沉積法制備非晶CHN 薄膜。X 射線(xiàn)光電子能譜儀分析表明薄膜表面C、N 和O 的相對(duì)含量比，同時(shí)隨著N2/CH4比例增大，薄膜中N 元素的含量逐漸增加;并且對(duì)薄膜中存在的C- N 共價(jià)鍵進(jìn)行了討論；傅里葉紅外透射光譜分析表明薄膜中存在C- N 鍵和其他官能團(tuán)；拉曼光譜分析表明隨著N₂/CH₄比例增大，D 峰和G 峰的中心位置先遠(yuǎn)離然后靠近，并且D 峰和G 峰的面積比逐漸增加，源于薄膜無(wú)序度增加且逐漸趨于石墨化。

　　Liu 和Cohen從理論語(yǔ)言了共價(jià)化合物β- C₃N₄ 存在的可能性，β- C₃N₄ 以其堪比金剛石的優(yōu)越性能吸引了眾多研究者對(duì)其的制備研究。然而在眾多的制備方法中，如：空心陰極化學(xué)氣相沉積、射頻磁控反應(yīng)濺射法、介質(zhì)阻擋放電化學(xué)氣相沉積等，到目前還沒(méi)有哪種方法制備的薄膜中N 含量達(dá)到理論的57%at.，并且制備的薄膜幾乎都為非晶相。不過(guò)在制備β- C₃N₄ 的過(guò)程中人們發(fā)現(xiàn)非晶CHN 薄膜有許多實(shí)用的特性，如高硬度、低的摩擦系數(shù)、化學(xué)惰性和熱傳導(dǎo)性等優(yōu)點(diǎn)，仍得到了廣泛的研究。此外非晶CHN 薄膜由于其實(shí)用的特性，有著廣泛的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)采用外置式電容耦合低壓等離子體化學(xué)氣相沉積法制備CHN 薄膜，具有對(duì)薄膜制備參數(shù)容易控制，且沉積速率快、能耗低，無(wú)電極污染和襯底溫度易控制等特點(diǎn)。

1、實(shí)驗(yàn)

　　本實(shí)驗(yàn)采用外置式電容耦合低壓等離子體化學(xué)氣相沉積法，利用高純CH₄ （99.999%）、N₂（99.999%）和H₂ （ 99.999%）作為反應(yīng)氣體，在其他條件不變的情況下，只通過(guò)改變N₂ 和CH₄ 的流量比例在Si（111）面沉積CHN 薄膜。采用13.56 MHz的射頻功率源，入射功率控制在70 W，沉積氣壓為5 Pa，沉積時(shí)間為3 h，N₂ 和CH₄ 的氣體流量比例變化從1~10，CH₄ 流量設(shè)定為1.5 sccm，H ₂為10 sccm。實(shí)驗(yàn)參數(shù)詳見(jiàn)表1。對(duì)制備的薄膜樣品采用傅里葉紅外光譜儀、拉曼光譜儀、X 射線(xiàn)光電子能譜儀（XPS）分析進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)所得數(shù)據(jù)分析薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和成分。

表1 CHN 薄膜實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2、結(jié)果與討論

2.1、X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）

　　隨機(jī)選取3個(gè)樣品做X 射線(xiàn)光電子能譜測(cè)試，圖1 和圖2 所示為6 號(hào)樣品X 射線(xiàn)光電子能譜的C1s 和N1s 分析圖譜，表2 為3 個(gè)CHN 薄膜樣品的XPS 分析結(jié)果。結(jié)合圖1、圖2 和表2可以看出薄膜中明顯存在碳、氮、氧三中元素，并且隨著N₂/CH₄ 比例的增大，薄膜中N 元素的含量也逐漸增加。如果薄膜中N 有3 個(gè)相鄰原子成鍵，則其結(jié)合能大約在399 eV 附近，如果有兩個(gè)相鄰原子成鍵，則其結(jié)合能在398 eV 附近，N 原子和碳原子以上述形式形成芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，所以398 eV 和399 eV 附近的擬合峰是由spC- N、sp²C- N 和sp³C- N 中的N 元素引起的。表2 中C位于285 eV、286 eV 和287 eV 附近的結(jié)合能分別對(duì)應(yīng)于spC- N、sp²C- N 和sp³C- N 中的C 元素。

　　圖中285eV 附近的峰最強(qiáng)，說(shuō)明薄膜主要為非晶態(tài)碳結(jié)構(gòu)。薄膜內(nèi)氧含量來(lái)自于薄膜上表面有很多懸掛鍵，吸附了空氣中的二氧化碳和水所致。

3、結(jié)論

　　文章報(bào)道了在不同N₂ 和CH₄ 比例下，采用外置式低壓等離子體化學(xué)氣相沉積法制備CHN薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和成分。對(duì)薄膜采用拉曼光譜、傅里葉紅外透射光譜和X 射線(xiàn)光電子能譜進(jìn)行分析。X 射線(xiàn)光電子能譜顯示隨著N₂/CH₄ 比值的增大，膜內(nèi)N 元素的含量逐漸增加，并且膜內(nèi)C元素和N 元素都是以化合態(tài)的形式存在。傅里葉紅外透射光譜顯示薄膜中存在明顯的C-N單鍵和雙鍵以及少量的C-N三鍵，結(jié)構(gòu)類(lèi)似于摻氮類(lèi)金剛石薄膜。拉曼光譜分析得出隨著N₂ 和CH₄比例的增大，制備薄膜內(nèi)sp³ 逐漸向sp² 轉(zhuǎn)換，sp²團(tuán)簇的尺寸和數(shù)量逐漸增多，薄膜趨于石墨化。