Ag掺杂非晶碳膜结构、力学与电学行为研究

陈仁德¹，郭鹏¹，左潇¹，许世鹏²，柯培玲^1,3，汪爱英^1,3

1. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室2. 酒泉职业技术学院甘肃省太阳能发电系统工程重点实验室3. 中国科学院大学材料与光电研究中心

摘 要：采用反应磁控溅射技术,通过改变溅射靶电流实现了不同Ag掺杂含量0.7at%～41.4at%非晶碳膜（a-C:Ag）的可控制备,并系统研究了Ag含量对薄膜组分、结构、机械特性的影响规律,以及薄膜的电学特性。结果表明:当Ag含量在0.7at%～1.2at%时, Ag原子固溶于非晶碳基质;当Ag含量在13.0at%～41.4at%范围,薄膜中出现尺寸约为6nm的Ag纳米晶。随着Ag含量增加,碳网络结构的sp2团簇尺寸增大,结构无序度降低。应力测试表明,在低Ag含量范围, Ag原子固溶于碳膜网络结构中,起到枢纽作用,促进碳网络结构键长、键角畸变弛豫,从而降低薄膜应力。随着Ag含量增加,部分Ag原子将形成Ag纳米晶粒,薄膜通过Ag纳米晶与非晶碳界面处的滑移以及扩散作用释放过高的畸变能降低应力。Ag含量为37.8at%时,在11.6K附近,薄膜出现金属?半导体特性转变。而Ag含量为41.4at%的薄膜,在2～400 K测试温度范围内,均表现为半导体特性,其中在164～400 K范围内,薄膜表现出典型的热激活导电机制。

关键词：非晶碳;银掺杂;结构表征;机械特性;电学特性;