Исследование воздействия плазмы метана на свойства оксида графена

1. Исследование воздействия плазмы метана на свойства оксида графена

Выполнил студент
Науч. Рук.
Слепцов В.С. РФ-16
Неустроев Е.П.
Якутск 2019

2.

• Актуальность: Плазменная обработка является эффективным
методом модификации свойств оксида графена, в свою очередь
плазма метана является эффективным восстановителем оксида
графена и позволяет залечивать дефекты кристаллической
решётки оксида графена. В то же время воздействие плазмы
метана на углеродные материалы ещё не полностью изучены.
• Цель: Исследовать воздействие плазмы метана на свойства
оксида графена
• Задачи:
1. Освоить работу на экспериментальных установках и подготовить
образцы для измерений.
2. Измерить сопротивление и спектры комбинационного
рассеивания света
3. Провести обработку и анализ экспериментальных данных,
подготовить отчёт о проделанной работе.

3. Методика эксперимента:

• Экспериментальная установка «Этна»: установка используется
для плазмохимического травления и очистки поверхности
пластин полупроводников и диэлектриков. Мощность до 300Вт,
поток газа до 100 См3, давление менее 1 мбар, ТК (200 С)
• ASEC-03: система предназначена для исследования электрических
и фотоэлектрических свойств и определения электрофизических
параметров полупроводниковых и диэлектрических материалов.
• Формула для расчета лоренцианов кривой пиков спектров КРС:
y=y0 + (2*A/PI)*(w/(4*(x-xc)2 + w2))

4. D и G пики спектров КРС

Природа D пика связана со степенью структурного беспорядка
вблизи края микросталлической структуры, который уменьшает
симметричность структуры. G пик характеризует графен в
плоскости колебательной моды sp2- данный параметр отображает
степень кристаллизации материала
(b)
D and 2D Band
iTO at K

5. Зависимость сопротивления от времени

CH4, 150 W
GO-3, 6 min
GO-4, 3 min
GO-5, 1 min
GO-6, initial
1,0
Ri/R0
0,8
Эксперимент 1: изменение
сопротивления ОГ от
времени при н.у.
0,6
0,4
0,2
0,0
-2
0
2
4
6
8
10
12
Days
Зависимость сопротивления от времени
14
16

6.

Эксперимент 2: изменение отношения ID /IG в зависимости от времени
обработки в плазме CH4
GO-1, 26.10.2018
Lorentz
Equation
y = y0 + (2*A/PI)*(w/(4*(x-xc)^2 + w^2))
Reduced Chi-S
qr
D
70000
Model
G
2,15165E6
Adj. R-Square
0,98976
Value
Intencity, a.u.
60000
50000
40000
Standard Error
Peak1(B)
y0
13841,07004
56,14903
Peak1(B)
xc
1344,92389
0,32809
Peak1(B)
w
169,27101
1,1154
Peak1(B)
A
1,30862E7
70848,17788
Peak1(B)
H
49216,52457
189,00664
Peak2(B)
y0
13841,07004
56,14903
Peak2(B)
xc
1593,63525
0,24693
Peak2(B)
w
74,04103
0,78453
Peak2(B)
A
4,83811E6
40634,26029
Peak2(B)
H
41599,04281
274,56744
30000
20000
10000
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Raman shift, cm-1
Исходный образец GO-1, ID/IG=2.70, d=35-45 nm.
2800

7.

B
Fit Peak 1
Fit Peak 2
Cumulative Fit Peak
Model
Lorentz
Equation
y = y0 + (2*A/PI)*(w/(4*(x-xc)^2 + w^2))
Reduced ChiSqr
1,05659E7
Adj. R-Square
0,98905
Value
150000
D
G
B
100000
Peak1(B)
y0
33045,60533
122,08534
Peak1(B)
xc
1346,18472
0,33237
Peak1(B)
w
166,50451
1,12506
Peak1(B)
A
2,79362E7 155189,29374
Peak1(B)
H
106812,23582
420,21114
Peak2(B)
y0
33045,60533
122,08534
Peak2(B)
xc
1593,23772
0,25294
Peak2(B)
w
75,63791
0,80257
Peak2(B)
A
1,08164E7
90821,89181
Peak2(B)
H
91038,21633
602,00519
50000
0
1000
1500
Standard Error
2000
2500
Name=Andor Spectra (X=Raman shift, 1/cm)
GO-2 Р=200Вт Т=3мин , ID/IG=2.58, d=4,15 nm.

8.

GO-3 P=200Вт Т=3мин ID/IG=2.03

9. GO-1,GO-2,GO-3 после 12-ти минутной обработки в плазме

B
B
B
1450000
1400000
250000
60000
1350000
1300000
1250000
1200000
B
B
B
200000
50000
1150000
1100000
150000
1050000
1000000
40000
950000
900000
100000
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Name=Andor Spectra (X=Raman shift, 1/cm)
GO-1
4000
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Name=Andor Spectra (X=Raman shift, 1/cm)
GO-2
4000
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Name=Andor Spectra (X=Raman shift, 1/cm)
GO-3
Обнаружено появление широкой полосы фотолюминосценции. Это является подтверждением образования
аморфной плёнки на оксиде графена
4000

10. Сравнение соотношений ID/IG

После вакуумной отжига
ID/IG =1.30862E7/4.83811E6=2.70
• GO-1
• GO-2 ID/IG= 1.08984E7/4.13826E6=2.63
• GO-3 ID/IG= 2.82247E7/1.38749E7=2.03
После плазмохимической обработки,
12 мин
ID/IG=1,27
ID/IG=1,13
Не поддаётся измерению

11. Заключение

1. Сопротивление ОГ в н.у. линейно увеличивается в зависимости
от времени как для обработанных в плазме так и для не
обработанных образцов;
2. Обработка ОГ с CH4 приводит к образованию к аморфной
углеродной плёнки на поверхности образца;
3. С увеличением времени обработки появляется широкая полоса
фотолюменосценции в УФ-области(от 2000 до 3500 см-1);

12. Спасибо!