论文部分内容阅读
本文采用辉光放电等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,利用C2H4、N2、B2H6和Ar作为反应气体,在n型和p型导电硅片上制备DLC、N-DLC和B-DLC薄膜,研究了不同偏压、气体流量比及掺杂元素对薄膜结构和性能的影响,特别是掺杂DLC薄膜作为电极材料的电化学势窗、可逆性及重复性等重要电化学特性的研究。 研究表明,通过PECVD制备的DLC和掺杂DLC薄膜,薄膜生长速率可控、表面光滑平整、粗糙度低。氮的掺入可以明显降低薄膜的内应力,增加薄膜的亲水性,使得ID/IG增加,sp2团簇相增加,薄膜趋于石墨化。XPS结果显示,薄膜中氮含量最高达10.53%,随着氮气流量的增加,sp3N-C增加,sp2N-C减少,使得sp2C-C/sp3C-C比减小;偏压从-300V增加到-450V时,薄膜中N-O键含量从10.5%增加到21.8%,随着偏压继续增加到-550V,其键含量减小到8.56%,而在-550V下N-DLC薄膜形成最多的C-N键,表面氮原子氧化程度最低,而sp2C-C/sp3C-C比不随偏压的变化。N-DLC薄膜电极有很宽的电化学势窗,在4.0V左右,最高达4.5V,有较低的背景电流,在碱性溶液中,析氢和析氧电位朝负电位发生不同程度的漂移,电化学势窗减小,背景电流增加。表明N-DLC薄膜电极在酸性溶液中更适合电化学活性物质的分析。N-DLC薄膜电极在铁氰化钾溶液中表现出准可逆行为,整个反应过程中受扩散控制,表现出好的重复性和稳定性。 在硼掺杂DLC薄膜中,基底负偏压对薄膜碳结构没有明显影响,随着混合气体中B/C比的增加使得ID/IG值增加,sp2团簇相增加;偏压对薄膜中硼含量没有明显的影响,随着气体中B/C比增加,薄膜中硼含量最高达7.7%。在-450V下,薄膜中C-B含量最高,达8.91%,薄膜中硼的氧化程度最低,其作为电极表现出明显的电流响应,也具有宽的电化学势窗,在3.8V左右,低的背景电流,在铁氰化钾溶液中表现出一定的可逆性,但可逆性较N-DLC薄膜电极弱,整个反应也是受扩散过程控制,具有很好的重复性和稳定性。