一提到金剛石這個詞想必大家都不陌生了，今天要說的也是金剛石家族的一個成員——金剛石薄膜。
什么是金剛石薄膜？
金剛石薄膜是20世紀(jì)80年代中后期迅速發(fā)展的一種優(yōu)良的人工制備材料。通常以甲烷、乙炔等碳?xì)浠衔餅樵?，用熱燈絲裂解、微波等離子體氣相淀積、電子束離子束轟擊鍍膜等技術(shù)，在硅、碳化硅、碳化鎢、氧化鋁、石英、玻璃、鉬、鎢、鉭等各種基板上反應(yīng)生長而成。
集諸多優(yōu)點(diǎn)于一身的金剛石薄膜，它不僅具有金剛石的硬度，還有良好的導(dǎo)熱性、良好的從紫外到紅外的光學(xué)透明性以及高度的化學(xué)穩(wěn)定性。在半導(dǎo)體、光學(xué)、航天航空工業(yè)和大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。至今為止，已在硬質(zhì)切削刀具、X射線窗口材料、貴重軟質(zhì)物質(zhì)保護(hù)涂層等應(yīng)用中具有出色的表現(xiàn)。
隨著金剛石薄膜的研發(fā)需求和生產(chǎn)規(guī)模不斷壯大，是否有一套可靠的表征方法呢？
當(dāng)然有！
拉曼光譜用于碳材料的分析已有四十多年，時至今日也形成了很多比較完善的理論。對于不同形式的碳材料，如金剛石、石墨、富勒烯等，其拉曼光譜具有明顯的特征譜線差異。
此外，拉曼光譜測試是非破壞性的，對樣品沒有太多要求，不需要前處理過程，可以直接檢測片狀、固體、微粉、薄膜等各種形態(tài)的樣品。
拉曼光譜檢測方法
測試儀器：安東帕Cora5001拉曼光譜儀
金剛石薄膜的應(yīng)力值是非常重要的質(zhì)量指標(biāo)。金剛石薄膜和基體之間熱膨脹的差異以及其他效應(yīng)（如點(diǎn)陣錯配、晶粒邊界的成鍵和薄膜生長過程中的成鍵變化等）導(dǎo)致了生長后的薄膜存在殘余應(yīng)力。典型可見光激光激發(fā)的拉曼光譜在1000-2000cm-1包含了金剛石薄膜的應(yīng)力信息。對于較小的應(yīng)力，拉曼譜圖表現(xiàn)為偏離本征頻率的一個單峰，并且譜峰會變寬。在高達(dá)140GPa的壓力下，拉曼位移甚至能夠偏移到1650cm-1，與此同時線寬增加了2cm-1。
下圖是安東帕Cora5001拉曼光譜儀檢測的一張典型的非有意摻雜的金剛石薄膜的拉曼譜圖。
圖中可以發(fā)現(xiàn)，除了位于1332cm-1的一階拉曼譜線以外，也能夠觀測到其他很多拉曼譜峰，典型譜峰的位置和指認(rèn)如表1中所示。
峰位/cm-1 | 指認(rèn) |
1100~1150 | 可能是反聚乙炔的C=C鍵伸展和扭動模式造成的 |
1332 | 金剛石的一階拉曼譜線 |
1345 | sp2無定形碳（D模） |
1430~1470 | 可能是反聚乙炔的C=C鍵伸展和扭動模式造成的 |
1520~1580 | sp2無定型碳（G模） |
表1：金剛石薄膜譜峰位置以及指認(rèn)
結(jié)論：根據(jù)金剛石薄膜的拉曼光譜，我們可以根據(jù)靜壓力模型并加以合適的校正算法來推導(dǎo)出應(yīng)力值，還可以根據(jù)譜圖分析摻雜情況，用于綜合評價金剛石薄膜的產(chǎn)品質(zhì)量。
安東帕Cora5001拉曼光譜儀
Cora 5001系列拉曼光譜儀在金剛石材料的檢測中具備很大優(yōu)勢：
碳材料分析模式：智能分析軟件中的Carbon Analysis Model可以自動進(jìn)行尋峰、進(jìn)行峰形擬合，再計(jì)算碳材料特征拉曼峰的信息。
一級激光：金剛石材料的拉曼檢測多使用532nm激發(fā)，有時也需要使用785nm激光激發(fā)，Cora5001可以做到一級激光的安全性能。
自動聚焦：Cora5001 （Direct）樣品倉室內(nèi)配置了自動聚焦調(diào)整樣品臺，根據(jù)儀器自帶的聚焦算法可以輕松實(shí)現(xiàn)聚焦，使拉曼測試變得簡單便捷。
雙波長可選：金剛石家族的拉曼光譜與入射激光波長密切相關(guān)，多一種波長選擇也許會得到不同的信息，這為信息互補(bǔ)提供必要條件?！半p波長拉曼"每個波長都配置獨(dú)立的光譜系統(tǒng)，只需按一下按鍵即可從一個波長輕松切換到另一個波長，無需額外調(diào)整樣品。
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