อิทธิพลของก๊าซอะเซทิลีนที่มีต่อการเกิดโครงสร้างอสัณฐานของคาร์บอนภายใต้กระบวนการเคลือบฟิล์ม TiC โดยวิธีรีแอกทีฟดีซีแมกนีตรอนสปัตเตอริง

Abstract

ในงานวิจัยนี้ได้ค้นพบการเกิดโครงสร้างคาร์บอนอสัณฐาน จากกระบวนการเตรียมฟิล์มบาง TiC ด้วยวิธีรีแอกทีฟดีซีแมกนีตรอนสปัตเตอริง โดยสมบัติของฟิล์มคาร์บอนอสัณฐานจะสัมพันธ์กับปริมาณก๊าซอะเซทิลีนซึ่งเป็นก๊าซทำปฏิกิริยา ในกระบวนการเคลือบฟิล์ม ฟิล์มตัวอย่างได้ถูกเตรียมลงบนแผ่นซิลิคอน โดยการเปลี่ยนเงื่อนไขสัดส่วนความดันย่อยของก๊าซอะเซทิลีน (C2H2) ต่อก๊าซอาร์กอน (Ar) ในช่วงระหว่าง 75-20% โดยให้กำลังไฟฟ้าและความดันทำงานคงที่ ฟิล์มตัวอย่างที่ได้ถูกนำไปวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ โครงสร้างพันธะด้วยเทคนิครามานสเปคโทรสโกปีและองค์ประกอบทางเคมีด้วยเทคนิคการวัดการกระจายพลังงานด้วยรังสีเอกซ์ จากผลการวิเคราะห์พบว่าที่สัดส่วนความดันย่อย 5% ฟิล์มยังคงแสดงโครงสร้างผลึกแบบพหุผลึก (polycrystalline) ของ TiC และมีสัดส่วนอะตอมของคาร์บอนประมาณ 75% แต่เมื่อเพิ่มความดันย่อยเป็น 10% ฟิล์มเริ่มแสดงลักษณะโครงสร้างผลึกแบบอสัณฐาน โดยที่มีสัดส่วนอะตอมของคาร์บอนประมาณ 94% จากนั้นเมื่อปริมาณสัดส่วนความดันย่อยเพิ่มขึ้นเป็น 15-20% ฟิล์มแสดงโครงสร้างผลึกแบบอสัณฐาน และสัดส่วนอะตอมของคาร์บอนเพิ่มขึ้นเป็น 99.5 % จากผลการวิเคราะห์สเปกตรัมรามานของฟิล์มคาร์บอนที่มีโครงสร้างอสัณฐาน พบส่วนประกอบของโครงสร้างแกรไฟต์ (graphite structure) และโครงสร้างไร้ระเบียบ (disordered structure) ซึ่งแสดงลักษณะของฟิล์มคาร์บอนที่มีโครงสร้างคล้ายเพชร โดยมีสัดส่วนของ ID/IG ในช่วง 1.03-1.32 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงสัดส่วน sp3 ไฮบริดไดเซชัน ที่ประมาณ 30-40 % ของโครงสร้างคาร์บอนภายในฟิล์ม นอกจากนี้ลักษณะพื้นผิวของฟิล์มและค่าความต้านทานแผ่นของฟิล์ม สามารถวิเคราะห์ได้จากภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม และการวัดความต้านทานแบบสี่ขั้ว ตามลำดับ ฟิล์มอสัณฐานคาร์บอนมีพื้นผิวที่เรียบและมีเกรนขนาดเล็กในระดับนาโนเมตร โดยฟิล์มอสัณฐานคาร์บอนมีค่าความต้านทานแผ่นสูงมากกว่า 109 W/In this work, amorphous carbon structure was found under the deposition process of TiC thin films by reactive DC magnetron sputtering. The amorphous carbon film properties depend on the reactive C2H2 gas content during the deposition process. All deposited films were grown on silicon wafer by varying the partial pressure of acetylene (C2H2 ) to argon (Ar) gases from 5-20% while keepingconstant of the sputtering power and working pressure. The crystal structure, bonding structure, and chemical composition of the films were characterized by x-ray diffraction, Raman spectroscopy and energy dispersive x-ray spectroscopy, respectively. It was found that the film shows polycrystalline structure of TiC with the atomic concentration of carbon about 75% at the partial pressure of 5%. Then the films change to the amorphous structure with increasing of the partial pressures. The atomic concentration of carbon in the film was about 94% at the partial pressure of 10% and it increases about 99.5% at the partial pressure of 15-20%. The Raman spectra of the amorphous carbon films indicate the diamond like carbon structure consisting of graphite structure with disordered structure. The amorphous carbon films have ID /IG ratio in the range of 1.03-1.32 that can be determined to the sp3 hybridization of 30-40%. In addition, the surface morphology and sheet resistance of the films were obtained by atomic force microscope and 4-point probe measurement, respectively. The amorphous carbon films show smooth surface with nano-grain size. The sheet resistance of the amorphous carbon films is greater than 109 /.