TWO MECHANISMS OF DIAMOND PHASE FORMATION DURING MAGNETRON SPUTTER DEPOSITION OF AMORPHOUS CARBON FILMS
A. Galdikas^a,b and A. Ibenskas^a
aPhysics Department, Kaunas University of Technology, Studentų 50, LT-51368 Kaunas, Lithuania
^bDepartment of Physics, Mathematics and Biophysics, Kaunas University of Medicine, Eivenių 4, LT-3007 Kaunas, Lithuania

Received 26 May 2004

Dedicated to the 100th anniversary of Professor K. Baršauskas

The diamond phase formation mechanisms are analysed by a new phenomenological model of deposition of diamond-like carbon (DLC) films on Si(001) substrate. Experimental observations that make base for this model are reviewed briefly. Only the main processes, such as adsorption of carbon atoms on the surface, formation of SiC, diamond, and graphite sites, are assumed to take place. Compressive stress, induced by ion subplantation, is regarded as a main factor causing the transformation of graphite to diamond. Relationship between stress and ion energy is given by Davis’ formula. According to this model, dependences of film deposition rate versus time and dependences of film composition versus film thickness are calculated that are in agreement with experimental ones. Also, the ratio of sp³/sp² volume fractions as a function of substrate bias voltage was calculated. Modelling of experimental curves show that under conditions of sputter deposition of DLC films there are at least two diamond phase formation mechanisms: (i) on the surface during carbon adsorption, and (ii) in the bulk of film by subplantation induced graphite transition to lonsdaleite (hexagonal diamond).

DU DEIMANTO FAZĖS SUSIDARYMO MECHANIZMAI AMORFINĖS ANGLIES DANGŲ MAGNETRONINĖS SINTEZĖS METU
A. Galdikas^a,b, A. Ibenskas^a
aKauno technologijos universitetas, Kaunas, Lietuva
^bKauno medicinos universitetas, Kaunas, Lietuva

Nagrinėti deimanto fazės susidarymo būdai bei pateiktas deimanto tipo anglies dangų nusodinimo ant kristalinio silicio padėklo fenomenologinis modelis. Trumpai apžvelgti eksperimentiniai tyrimai, kuriais pagrįstas šis modelis. Įvertinti svarbiausi dangos nusodinimo vyksmai: anglies atomų įgertis, SiC kristalitų bei sp² ir sp³ hibridizacijos anglies kristalitų susidarymas. Pagrindiniu veiksniu, lemiančiu grafito virtimą deimantu dangos tūryje, laikomi gniuždantys įtempiai, kuriuos sukelia joninis apšaudymas. Įtempius su jonų energija sieja Davis’o formulė. Remiantis tokiu modeliu, apskaičiuotos dangos storėjimo spartos priklausomybės nuo laiko, kurios kokybiškai gerai sutampa su analogiškomis eksperimentinėmis kreivėmis. Taip pat rastos dangos sudėties (paviršiuje) priklausomybės nuo laiko, dangos sudėties (tūryje) priklausomybės nuo gylio ir sp³/sp² santykio priklausomybės nuo padėklo priešįtampio. Tų kreivių palyginimas su storėjimo spartos kreive bei su eksperimentų rezultatais leidžia daryti išvadą, kad deimanto fazė dangoje susidaro dviem būdais: 1) vykstant anglies atomų įgerčiai paviršiuje, 2) grafitui virstant deimantu dangos tūryje. Pastebėta, kad danga storėja lėčiausiai, kai SiC kiekis paviršiuje yra didžiausias, kadangi C atomai blogai įgeriami ant SiC. Deimanto fazė gerai įgeria C atomus, todel dangos storėjimo spartos ir sp³ ryšių koncentracijos maksimumai stebimi maždaug tuo pačiu metu. Apskaičiuota sp³/sp² santykio priklausomybė nuo padėklo priešįtampio turi maksimumą ties −(50–60) V, kaip ir eksperimentinė kreivė.