Post on 24-Jul-2020
EELS ,XPSおよびRAMANによるDLC膜の結晶構造評価手法の検証
概要
Diamond Like Carbon (DLC)の結晶構造評価のためにsp3 /sp2を調べることが重要です。
弊社において、Unbalanced Magnetron Sputtering(UBM法)とPlasma Based Ion Implantation(PBII法)によって作成したDLC膜をElectron Energy Loss Spectroscopy(EELS)によって評価しました。なおsp2
の標準試料としてHighly Oriented Pyrolytic Graphite(HOPG)を用いました。
さらにX-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS)とRAMAN分光分析を実施し、EELSの結果を検証しました。
DLC膜の断面TEM像
UBM法によるDLC PBII法によるDLC
DLCDLC
WC substrate
Si substrate
Pt cap
SOG
Pt cap
DLC膜のEELSスペクトル
0
5000
10000
15000
20000
25000
250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350
Electron Energy Loss(eV)
coun
ts
0
5000
10000
15000
20000
25000
250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350
Electron Energy Loss(eV)
coun
ts
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350
electron energy loss(eV)
coun
ts
UBM PBII
HOPG
EELSによるsp2 評価方法
*
2 * *
*
* *
% 100
AAsp GG
π
π σ
π
π σ
+
+
= ×
Fallon PJ and Brown LM (1993) Diamond Relt. Mater. 2, 1004
G :GraphiteA :DLC
EELS分析結果のまとめ
42%0.10334854495501327PBII
69%0.17142631797451194UBM
100%0.2474259286886416090HOPG
sp2Aπ*/Aπ*+σ*Aπ*+σ*Aπ*
DLC膜のXPSスペクトル
UBM PBII
DLC膜にOとCoが含まれている。
C1s XPSスペクトルによるsp2の評価
DLC膜のsp2含有比率
sp2
sp3
sp2
sp3
UBM:74% PBII:44%
Structural properties and surface morphology of laser-deposited amorphous carbon and carbon nitride films; E. Riedo, et al : Surface and Coatings Technology 125 (2000) 124-128
UBM法によるDLC PBII法によるDLC
IG : Area of G-band
ID : Area of D-band
PG : G-Peak
Raman分光分析によるスペクトル
RAMAN分光分析の評価結果
15684.6UBM
15371.7PBII
PG(cm-1)ID/IG
•ID/IG の減少 : sp3/sp2比率増加•G-peakの低波数側へのシフト : sp3/sp2 比率増加
A phenomenological approach for the ID/IG ratio and sp3 fraction of magnetron sputtered a-C films; S. Zhang, et al : Surface and Coatings Technology 123 (2000) 256-260
上記の記述から、PBII法によるDLCの方が、UBM法によるDLCよりもsp3 比率が高い、つまりsp2比率が低いと推定されます。
まとめ
成膜方法の異なるDLC膜の sp2 含有比率をEELSとXPSによって評価した結果を下記の表に示します。
44%74%XPS42%69%EELS
PBII法UBM法
DLC膜におけるsp2 含有比率の示す傾向はRAMAN分光分析によっても確認できました。
DLC膜のsp3/sp2比率の評価手段として、EELS、XPSそしてRAMANの有効性を検証することができました。