Komposisi ikatan kimia dan mekanisme pertumbuhan filem nipis a-CNx oleh teknik rf-PECVD suhu rendah

Abstract

Dalam kajian ini, filem nipis karbon nitrida amorfus (a-CNx) telah dimendapkan menggunakan teknik pemendapan wap kimia secara peningkatan berfrekuensi radio, (radio-frequency plasma enhanced chemical vapor deposition, rf-PECVD). Sampel disediakan pada suhu substrat yang berbeza iaitu pada 80, 100, 120, 150 dan 180 ℃ dan kesannya ke atas morfologi, kadar pemendapan serta komposisi ikatan kimia sampel dikaji. Seterusnya, mekanisme pertumbuhan filem nipis a-CNx daripada campuran gas asetilena (C2H2) dan nitrogen (N2) dicadangkan. Ketebalan filem nipis dan morfologi filem nipis a-CNx diciri menggunakan mikroskop elektron imbasan pancaran medan (field emission scanning electron microscopy, FESEM). Manakala komposisi ikatan kimia diperoleh daripada pencirian menggunakan spektroskopi infra-merah jelmaan Fourier (Fourier transform infrared spectroscopy FTIR). Morfologi filem nipis a-CNx kelihatan seperti kobis bunga yang padat dan butiran yang seragam. Manakala sampel yang dimendapkan pada suhu 100 dan 180 ℃ menunjukkan struktur butiran bersaiz nano pada keseluruhan permukaan filem. Kadar pemendapan filem nipis a-CNx maksimum pada suhu pemendapan 120 ℃ dan minimum pada 180 ℃. Secara keseluruhannya, semua sampel menunjukkan kehadiran ikatan C-N, C=C, C=N, C≡N, C-H dan N-H/O-H iaitu ikatan yang berpadanan wujud dalam filem nipis a-CNx. Dalam kajian ini, mekanisme pertumbuhan filem nipis a-CNx membincangkan pembentukan C-H, C-N dan keluaran sampingan HCN hasil daripada penguraian gas C2H2 dan N2. Pertumbuhan filem a-CNx juga disebabkan tindak balas kinetik semasa proses pemendapan iaitu penjerapan spesies karbon dan nitrogen pada permukaan pertumbuhan filem dan nyahjerapan spesies nitrida tepu, kesan daripada spesies bertenaga serta mobiliti spesies yang tinggi pada permukaan pertumbuhan. Maka, komposisi ikatan kimia dan kadar pemendapan filem dipengaruhi oleh keseimbangan antara molekul CN dengan atom C dan N mencapai permukaan pertumbuhan filem.