ФОРМИРОВАНИЕ ЗАЩИТНОЙ УГЛЕРОДНОЙ ПЛЕНКИ НА ПО-ВЕРХНОСТИ ГРАФЕНА МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ И ТЕРМООБРАБОТКИ : ASGEOK

Ефим Петрович Неустроев; Ирина Ивановна  Куркина; Данил Валериевич  Николаев

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.01.032

Авторы

Ефим Петрович Неустроев Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова https://orcid.org/0000-0002-8163-2012
Ирина Ивановна Куркина Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова https://orcid.org/0000-0002-1076-0631
Данил Валериевич Николаев Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова https://orcid.org/0000-0001-5741-8836

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.01.032

Ключевые слова:

графен, плазма, метан, осаждение углерода, углеродная пленка, термообработка, травление в плазме кислорода, морфология поверхности

Аннотация

Предложена методика формирования защитного углеродного слоя для графеновых пленок на основе двухстадийного процесса, включающего осаждение атомов углерода в плазме метана и термообработку. Для осаждения атомов углерода использован радиочастотный индуктивно связанный источник плазмы мощностью 200 Вт. Длительность процесса осаждения в плазме метана составляло от 3 до 6 мин. Термообработки проведены в атмосфере инертного газа при температурах от 750 ^оС до 800 ^оС длительностью до 25 мин. Для характеризации поверхности использованы методы атомной силовой микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света. Исследования методом атомно-силовой микроскопии показали, что предложенная методика позволяет успешно формировать углеродные пленки толщиной несколько десятков нанометров на поверхности исходной графеновой пленки, полученной методом газофазового осаждения. После травления в плазме кислорода мощностью 200 Вт и длительностью до 30 с синтезированнной структуры формируются пленки нанометровых толщин с шероховатостью поверхности около 0,5 нм. Наблюдаемые в исходной графеновой пленке складки высотой от единиц до десятков нанометров на поверхности сформированных образцов не обнаружены. Из анализа спектров комбинационного рассеяния света следует, что после травления в плазме кислорода синтезированных структур до исходных толщин графеновых пленок имеет место восстановление основных графеновых G- и 2D-пиков в спектрах. Можно отметить некоторое возрастание интегральной интенсивности D-полосы, обусловленной наличием дефектов и нарушений в кристаллической решетке, которое частично может быть устранено термической обработкой.

Библиографические ссылки

Cовместная интеркаляция ультратонких пленок Fe и Co под буферный слой графена на монокристалле SiC(0001) / Фильнов С. О. [и др.] // Письма в ЖЭТФ. – 2023. – Т. 117. – №. 5. – С. 369 – 376.

Colloquium: Spintronics in graphene and other two-dimensional materials / Avsar A. [и др.] //Reviews of Modern Physics. – 2020. – V. 92. – №. 2. – P. 021003. DOI: 10.1103/RevModPhys.92.021003.

Graphene-based ultracapacitors / Stoller M. D. [и др.] //Nano letters. – 2008. – V. 8. – №. 10. – P. 3498-3502. DOI:10.1021/nl802558y.

The thermal stability of graphene in air in-vestigated by Raman spectroscopy /Nan H. Y. [и др.] //Journal of Raman Spectroscopy. – 2013. – Т. 44. – №. 7. – С. 1018-1021. DOI: 10.1002/jrs.4312.

The effect of vacuum annealing on gra-phene / Ni Z. [и др.] // Journal of Raman Spectrosco-py – 2010. – Т. 41. – №. 5. – С. 479-483. DOI: 10.1002/jrs.2485.

Yang Y., Brenner K., Murali R. The influence of atmosphere on electrical transport in graphene //Carbon. – 2012. – Т. 50. – №. 5. – С. 1727-1733. DOI:10.1016/j.carbon.2011.12.008

Неустроев Е.П., Прокопьев А.Р. Свойства нанографита, образованного плазменным оса-ждением и последующей термообработкой / Межвузовский сборник научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, нано-структур и наноматериалов», Тверь: Твер. гос. ун-т, 2019.  Вып. 11.  с. 629-635. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.629.

Research of Properties of a Carbon Film Formed in Methane Plasma and the Following An-nealing / Neustroev E. P. [и др.] //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2021. – Т. 1079. – №. 4. – С. 042086. DOI:10.1088/1757-899X/1079/4/042086.

Raman spectrum of graphene and gra-phene layers / Ferrari A. C. [и др.]. //Physical review letters. – 2006. – Т. 97. – №. 18. – С. 187401. DOI: 10.1103/PhysRevLett.97.18740.

Li Z., Kinloch I. A., Young R. J. Raman spec-troscopy of carbon materials and their composites: Graphene, nanotubes and fibres //Progress in Mate-rials Science. – 2023. – Т. 135. – С. 101089. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2023.101089.

Raman study on defective graphene: Effect of the excitation energy, type, and amount of defects / Eckmann A. [и др.] // Physical Review B. – 2013. – Т. 88. – №. 3. – С. 035426. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.035426.

Self healing of defected graphene / Chen J. [и др.] //Applied Physics Letters. – 2013. – Т. 102. – №. 10. DOI: 10.1063/1.4795292.

Disentangling contributions of point and line defects in the Raman spectra of graphene-related materials / Cançado L. G. [и др.] // 2D Materials. – 2017. – Т. 4. – №. 2. – С. 025039. DOI:10.1088/2053-1583/aa5e7.

Das A., Chakraborty B., Sood A. K. Raman spectroscopy of graphene on different substrates and influence of defects //Bulletin of Materials Science. – 2008. – Т. 31. – С. 579-584. DOI: https://doi.org/10.1007/s12034-008-0090-5