Ở đây chúng ta không thấy sự xuất hiện của vạch D (vạch phổ rộng có cường độ thấp ở vị trí 1350cm–1) vì vạch phổ hẹp ở vị trí 1332 cm–1 là vạch phổ
đặc trưng cho cấu trúc tinh thể của kim cương và nó đủ mạnh để chồng lên vạch
D của cấu trúc cácbon giả kim cương. Ngoài ra, phổ Raman còn cho thấy cường độ củavạch phổ ở vị trí 1555 cm–1 lớn hơn cường độ của vạch phổ ở vị trí 1332
cm–1. Điều này chứng tỏ mẫu có cấu trúc giả kim cương trong trường hợp này là chiếm ưu thế hơn cấu trúc tinh thể kim cương.
Nhìn chung, phổ tán xạ Raman đã chứng tỏ màng kim cương tổng hợp trên đế đồng là màng có đồng thời cấu trúc kim cương (tướng ứng với vạch phổ
1332 cm–1) và cấu trúc cácbon giả kim cương (tướng ứng với vạch phổ 1555
cm–1). Đây là một kết quả đáng ghi nhận do tổng hợp màng kim cương trên đế đồng là một quá trình phức tạp. Bởi theo kết quả công bố của một số nhóm
nghiên cứu trên thế giới, việc tổng hợp màng kim cương trên đế đồng bằng phương pháp MPCVD chỉ thu được cấu trúc giả kim cương mà không có dấu
hiệu của cấu trúc tinh thể kim cương [8,15].
3.2 Các mẫu chế tạotheo chế độnhiệt độ đốt đế cao, công suất plasma thấp
Các màng kim cương được tổng hợp trên đế đồng với các điều kiện của
chế độnhiệt độ đốt đế cao, công suất plasma thấp (chế độ 2): lưu lượng khí CH4 1sccm, lưu lượng khí H2 100 sccm, nhiệt độ đốt đế 700oC, áp suất buồng phản ứng p = 25Torr và công suất plasma P = 500W trong 5 giờ.
3.2.1 Hình thái học bề mặt của mẫu chế tạo
Khi chế tạo mẫu theo chế độ 1, màng kim cương trên đế đồng chịu sự
chênh lệch nhiệt độ lớn ở bề mặt trên và bề mặt dưới nên xảy ra hiện tượng màng kim cương chế tạo bị cong lại và khó ứng dụng làm đế tản nhiệt. Vì vậy,
chúng tôi quyết định thay đổi điều kiện công nghệ (giảm công suất plasma và
tăng nhiệt độ đốt đế) để có thể thu được màng kim cương trên đế đồng có bề mặt
bằng phẳng.
Màng kim cương tổng hợp trên đế đồng theo chế độ 2 là màng mầu xám,
phẳng và bám dính kém đối với đế đồng. Độ bám dính kém giữa màng kim
cương với đế đồng được giải thích là do có sự chênh lệch lớn về hệ số nở nhiệt
của đồng (51×10–6/K) và kim cương (3×10–6/K) [5] trong khi nhiệt độ trong quá
trình tạo màng kim cương khoảng 1000 oC. Nên dẫn tới hiện tượng tự tách lớp kim cương khỏi đế đồng khi hạ nhiệt độ trong buồng phản ứng về nhiệt độ
phòng.
Bề mặt của đế đồng lớn được chia ra thành các vùng có diện tích 5 mm × 5 mm × 1 mm. Điều này giúp chúng tôi thu được các màng kim cương đều có diện tích 5 mm × 5 mm × 1 mm được tổng hợp trên cùng một đế đồng. Chúng
tôi tiến hành khảo sát hình thái học bề mặt của mẫu chế tạo tại 3 vị trí như trên
hình 3.3.
Hình 3.3. Mô hình của các màng kim cương chế tạo trên cùng một đế đồng lớn
Hình 3.4.Ảnh SEMchụpbề mặt của màng kim cương trên đế đồng
tại vị trí 1 của mẫu: mặt trên (a) và mặt dưới (b)
Hình 3.5. Ảnh SEM chụp bên cạnh của màng kim cương trên đế đồng
tại vị trí 1 MP–CVD Vị trí 1 3 2 700 nm a) b)
Hình 3.4 làảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương trên đế đồng tại vị
trí 1. Kết quả cho thấy mẫu chế tạo là màng liên tục và đồng nhất. Bề mặt trên của mẫu có độ gồ ghề nhất định còn bề mặt dưới của mẫu (bề mặt tiếp xúc với đế đồng trong quá trình chế tạo) là bằng phẳng. Hình 3.5 là ảnh SEM chụp bên cạnh của mẫu chế tạo cho thấy màng được tổng hợp sau 5 giờ có độ dày cỡ 700 nm. Như vậy tốc độ tạo màng kim cương trên đế đồnglà 140 nm/h.
Hình 3.6. Ảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương trên đế đồng tại vị trí 2
Hình 3.6 làảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương trên đế đồng tại vị
trí 2. Kết quả cho thấy màng kim cương chế tạo tại vị trí 2 của mẫu cũng là màng liên tục, đồng nhất và có chất lượnggiống như màngkim cương ở vị trí 1.
Hình 3.7 làảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương trên đế đồng tại vị
trí 3. Kết quả cho thấy màng kim cương trong trường hợp này là màng không liên tục mà có xu hướng tạo các hạt có kích thước khá lớn (~ 5 µm) tập trung
thành các cụm rời rạc. Điều này là do màng kim cương tại vị trí 3 nằm ở vị trí
biên của đế đồng nên ít chịu ảnh hưởng của vùng plasma nên xác suất tạo màng tại vị trí này là thấp hơn tại các vị trí 1 và 2.
Các kết quả đo SEM cho thấy màng kim cương chế tạo trên đế đồng tại
các vị trí 1 và 2 là màng liên tục và đồng nhất, còn tại vị trí 3 là màng không liên tục. Chính vì vậy, các thực nghiệm của chúng tôi trong phần sau sẽ chỉ sử dụng các màng kim cương tại các vị trí 1 và 2 (tại phần giữa của đế đồng).
Hình 3.7. Ảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương trên đế đồng tại vị trí 3
Hình 3.8. Ảnh SEM của màng kim cương tổng hợp trên đế silíc
Các ảnh chụp SEM còn cho thấy màng kim cương tổng hợp trên đế đồng
có hình thái học bề mặt tương tự màng kim cương tổng hợp trên đế silíc (hình
3.8) [2]. Điều này chứng tỏ công nghệ chế tạo màng kim cương của phòng Vật
liệu cácbon nanô có tính chất ổn định và lặp lại cao.
3.2.2 Kết quả đo phổ tán xạ Raman
Phổ tán xạ Raman của mẫu chế tạo (hình 3.9) cho thấy xuất hiện hai vạch
phổ: vạch phổ thứ nhất là vạch phổ sắc nhọn ở vị trí 1332 cm–1 đặc trưng cho
cấu trúc tinh thể của kim cương và vạch phổ thứ hai là vạch phổ rộng ở vị trí
1553 cm–1 đặc trưng của cấu trúc cácbon giả kim cương. Như vậy màng kim
cương tổng hợp trên đế đồng theo chế độ 2 là màng có đồng thời cấu trúc kim cương và cấu trúc cácbon giả kim cương. Tuy nhiên khác với chế độ 1, phổ
Raman của mẫu chế tạo theo chế độ 2 có cường độ của vạch phổ ở vị trí 1332
cm–1 lớn hơn cường độ của vạch phổ ở vị trí 1553 cm–1. Điều này chứng tỏ mẫu
có cấu trúc tinh thể kim cương trong trường hợp này là chiếm ưu thế hơn cấu
trúc giả kim cương.