<fmt:message key='jsp.layout.header-default.alt'/>  
 

DSpace@UM >
Faculty of Science >
PhD Theses : Science >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1812/599

Title: PECVD hydrogenated amorphous carbon films: Growth and characterization
Authors: Rozidawati Awang
Keywords: PECVD
Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition
a-C:H
Hydrogenated amorphous carbon
Forms of carbon
Issue Date: Jul-2008
Publisher: University Malaya
Abstract: This research offers critical insights on the growth and characterization of hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) thin films by plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD). The initial phase of this work involved designing and building the reaction chamber for the PECVD system intended for the preparation of a-C:H thin films. The second phase is focused on ensuring that the PECVD system is capable of producing good quality and reproducible a-C:H films. The effects of RF discharge power on the optical and chemical bonding properties of the films are investigated. These results are used to explain the deposition kinetics of the films and to check for consistencies with published results. The third phase was focused on studying the effects of deposition time and film thickness on the optical and chemical bonding properties of the films prepared at high and low RF powers. The study on the influence of hydrogen (H2) and helium (He) dilution of methane (CH4) on the optical and chemical bonding properties of the films deposited by direct current (DC) PECVD is the focus of the fourth phase of this work. The final phase investigates the effects of deposition time and film thickness on the optical and chemical bonding properties of the films deposited by DC PECVD using H2 or He diluted CH4. These films are deposited using high and low H2/He to CH4 flow-rate ratios. Optical transmission spectroscopy, Fourier transform infrared (FTIR)spectroscopy and micro-Raman scattering spectroscopy are used to study the optical and chemical bonding properties of the films. The results of this work demonstrated that increase in RF discharge power increased the deposition rate and the sp2 fraction in the films but significantly reduced the optical band gap, Eg, H content and sp2 cluster size. These results were consistent with published results and the variation of the properties of the films with RF power was consistent with the deposition kinetics of the a-C:H films. This confirmed that the home-built PECVD system designed and built for this work was capable of producing good quality and reproducible a-C:H films. Eg and sp2 cluster size were found to be dependent on deposition time and film thickness. These parameters decreased with increase in film thickness. An increase in deposition time resulted with an increase in sp2 fraction and disorder in the film structure. The sp2 C content increased and H content in the films decreased with increase in diluent gas (H or He) to CH4 flow-rate ratio. Long deposition time retarded the growth rate of a-C:H films due to etching effects in films deposited from both H2 and He diluted methane. Increase in deposition time increased the sp2 C content in the film structure which consistently led to a decrease in Eg. In H2 diluted methane films, long deposition times allowed longer exposure to the H etching effect resulting in the creation of small sp2 clusters which reduced bond angle distortion and increased the distribution of cluster sizes. In helium diluted methane films, longer exposure to hydrocarbon ion bombardment has comparatively very small effects on the size and structural disorder in the films. ABSTRAK Penyelidikan ini mendalami kaedah pemendapan dan pencirian filem nipis amorfus karbon berhidrogen (a-C:H) daripada teknik pemendapan wap kimia secara peningkatan plasma (PWKPP). Fasa pertama penyelidikan ini adalah merekabentuk ruang tindakbalas dan membina sistem PWKPP untuk menghasilkan sampel-sampel filem a-C:H. Fasa kedua memfokus kepada penentuan keupayaan sistem PWKPP berfungsi untuk menghasilkan filem a-C:H berkualiti tinggi serta keboleh-ulangan penyediaan sampel. Kesan kuasa frekuensi radio (FR) kepada sifat optik dan ikatan kimia filem dikaji. Hasilnya digunakan untuk menerangkan kinetik pemendapan filem dan menyemak kesetaraan hasil yang diperolehi oleh penyelidik-penyelidik lain. Fasa ketiga memfokus kepada kesan masa pemendapan dan ketebalan filem terhadap sifat optik dan ikatan kimia filem yang dihasilkan pada keadaan FR kuasa tinggi dan rendah. Kajian ke atas kesan gas metana (CH4) yang dicampurkan dengan gas hydrogen (H2) atau gas helium (He) kepada sifat optik dan ikatan kimia filem yang dimendapkan daripada PWKPP arus terus (AT) merupakan fokus kajian fasa keempat. Fasa terakhir mengkaji kesan masa pemendapan dan ketebalan filem terhadap sifat optik dan ikatan kimia filem yang dihasilkan oleh PWKPP AT menggunakan gas metana yang dicampurkan dengan gas hidrogen atau gas helium. Filem-filem ini dimendap menggunakan nisbah kadar-aliran H2/ He kepada CH4 pada keadaan nisbah tinggi dan rendah. Spektroskopi pemancar optik (UV-Nir-Vis), spektroskopi Transformasi Fourier Inframerah (FTIR) dan spektroskopi-mikro Raman digunakan untuk pencirian sifat optik dan ikatan kimia filem. Hasil penyelidikan ini menunjukkan peningkatan kuasa FR meningkatkan kadar pemendapan dan kandungan sp2 di dalam filem tetapi menurunkan nilai Eg,kandungan H dan saiz kluster sp2. Hasil ini setara dengan hasil yang telah diterbitkan dan variasi sifat filem dengan kuasa FR adalah setara dengan kinetik pemendapan filem a-C:H. Maka, dapat disahkan bahawa sistem PWKPP yang dibina ini berfungsi dengan baik, menghasilkan filem a-C:H berkualiti tinggi dan penyediaannya bolehulang. Nilai Eg dan saiz kluster sp2 di dapati bergantung kepada masa pemendapan dan ketebalan filem. Parameter ini berkurang apabila ketebalan filem bertambah. Peningkatan masa pemendapan meningkatkan kandungan sp2 dan ketidaktertiban struktur filem. Kandungan sp2 bertambah dan kandungan H berkurang bila nisbah kadar-aliran gas campuran (H2 atau He) terhadap gas CH4 ditingkatkan. Peningkatan masa pemendapan merencatkan kadar pemendapan filem a-C:H disebabkan kesan pemunaran di dalam filem yang dimendapkan daripada kedua-dua keadaan H2 atau. He dicampurkan dengan gas CH4. Peningkatan masa pemendapan meningkatan kandungan sp2 di dalam struktur filem yang menyebabkan penurunan nilai Eg. Bagi filem daripada CH4 yang dicampurkan dengan H2, pemanjangan masa pemendapan membenarkan lebih pendedahan kepada proses pemunaran yang menyebabkan penghasilan kluster sp2 bersaiz kecil yang mengurangkan herotan sudut ikatan dan meningkatkan taburan saiz kluster. Bagi filem daripada CH4 yang dicampurkan dengan He, pemanjangan masa pendedahan kepada proses pemunaran oleh ion hidrokarbon berkelajuan tinggi di dapati hanya memberi kesan yang kecil terhadap saiz kluster dan ketidaktertiban struktur filem.
Description: Thesis (PhD) -- Faculty of Science, University of Malaya, 2008.
URI: http://dspace.fsktm.um.edu.my/handle/1812/599
Appears in Collections:PhD Theses : Science

Files in This Item:

File Description SizeFormat
Chapter 5.pdfChapter 53.7 MBAdobe PDFView/Open
Chapter 6.pdfChapter 693.76 kBAdobe PDFView/Open
Chapter 4.pdfChapter 42.58 MBAdobe PDFView/Open
Chapter 1.pdfChapter 1159.15 kBAdobe PDFView/Open
Chapter 2.pdfChapter 21.64 MBAdobe PDFView/Open
cover n content.pdfCover and Content543.71 kBAdobe PDFView/Open
Chapter 3.pdfChapter 31.22 MBAdobe PDFView/Open
references.pdfReferences163.11 kBAdobe PDFView/Open
APPENDIX A-B-C.pdfAPPENDIX A-B-C950.92 kBAdobe PDFView/Open


This item is protected by original copyright



Your Tags:

 

  © Copyright 2008 DSpace Faculty of Computer Science and Information Technology, University of Malaya . All Rights Reserved.
DSpace@UM is powered by MIT - Hawlett-Packard. More information and software credits. Feedback