拉曼光譜快速分析金剛石薄膜的性質(zhì)

1、 拉曼光譜快速分析金剛石薄膜的性質(zhì)在高能物理學(xué)上，一個(gè)微米厚或更薄的無(wú)定形炭薄膜片用來(lái)剝離高速運(yùn)動(dòng)的離子上的電子，以增加這些離子的電荷穩(wěn)定性。在離子束進(jìn)入到回旋加速器中之前，離子上的電子被直線加速器中的無(wú)定形炭薄片剝離出來(lái)。在質(zhì)子束中，電子從H原子或者H-離子中剝離出來(lái)。在稀有同位素原子束中，電子從重原子如Ne、 Xe、 Kr，甚至 U中剝離出來(lái)。在離子束進(jìn)入回旋加速器之前去掉這些電子，能夠改善離子束帶電狀態(tài)和電荷分布，從而優(yōu)化離子束能級(jí)。隨著離子束能量的增加，炭薄膜片的使用壽命將受到嚴(yán)重影響。如果因薄片的損壞而停工，不僅會(huì)對(duì)大型、昂貴的設(shè)備造成極大的損失。期間還要采取措施把射線對(duì)維修工人的輻

2、射降到最低。金剛石具有高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性、低蒸汽壓等優(yōu)良性能，是在這一應(yīng)用領(lǐng)域替代無(wú)定形炭的一種理想產(chǎn)品。CVD(化學(xué)氣相沉積法)可以生產(chǎn)出包含sp2鍵炭和sp3鍵炭的不同厚度的金剛石薄膜。早期的試驗(yàn)顯示了金剛石作為電子的剝離器的優(yōu)越性，但是仍然不清楚這種優(yōu)點(diǎn)是由sp2鍵炭還是sp3鍵炭引起的。拉曼光譜提供了一種快速檢測(cè)sp2鍵炭和sp3鍵炭，并計(jì)算他們相對(duì)濃度的方法。在1332 cm-1和1520 cm-1處的拉曼峰分別作為金剛石和石墨的標(biāo)志。通過(guò)比較這兩個(gè)峰的強(qiáng)度，可以來(lái)比較金剛石和石墨的相對(duì)含量。實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果圖1把數(shù)控Nd:YAG激光器從標(biāo)準(zhǔn)硅片上切除下來(lái)的硅作為剝離電子薄片的基

3、底。然后在這塊底片上沉淀結(jié)晶1.5um厚的金剛石薄膜。為了得到sp2鍵炭和sp3鍵炭相對(duì)含量不同的金剛石膜，可以在沉淀過(guò)程中通入的不同濃度比例的甲烷和氫氣。金剛石薄膜沉淀后，把1cm2的硅底刻蝕掉，留下的金剛石薄膜就像窗戶一樣懸掛在硅框上，如圖1所示。使用B&WTek公司的 iRaman system來(lái)測(cè)量金剛石薄片的拉曼光譜，激發(fā)波長(zhǎng)為532nm。從光譜上讀取拉曼峰的強(qiáng)度值，并計(jì)算強(qiáng)度比值的大小。然后把金剛石薄片放在含有Sn-117 離子束的直線加速器中進(jìn)行測(cè)試。表1圖2RamanAveragePeak RatioLife (hrs.)2.50%1.02474:55:306.00%0.9612:56:4513.30%0.92215:42:40圖2. 薄膜的拉曼光譜圖2是薄膜的拉曼光譜，在1332cm-1 處的拉曼峰顯示金剛石的存在。表1數(shù)據(jù)表明在1332 cm-1和1520 cm-1處拉曼峰強(qiáng)度比值的大小和薄片的使用壽命與金剛石沉淀過(guò)程中通入的甲烷的濃度成函數(shù)關(guān)系。結(jié)論與無(wú)定形炭剝離電子薄片相比，CVD方法制備的金剛石剝離電子薄片在Sn-117離子束中的使用壽命有很大提高，無(wú)定形炭薄片在Sn-117離子束的使用壽命僅有8個(gè)小時(shí)左右。實(shí)驗(yàn)表明拉曼光譜能夠快速高效分選在含有高、中、低不同濃度的甲烷時(shí)制造的金剛石