Бу изилдөө, елмас инже филмлерин силисйум ве сафир гиби елмасла түздөн-түз уйумлу олмайан йүзейлерде даха йогун, сүрекли ве йөнленмиш бичкиимде бүйүтүлебилмеси ичкиин полиакрилонитрилден үретмененн Q-карбон катмарларыны тохумлама малземеси оларак кулланмактадыр. Полиакрилонитрил, диметил сүлфоксит ичкиинде чөзүлерек йүзейлере дөндүререк каплама ыкмаийле уйгуланмыш; өнже 300 °Ж’де окситленмиш, ардындан азот же аргон атмосферинде 1100 °Ж’де карбонлаштырылмыштыр. Изилдөөнын Q-карбон оларак танымладыгы бу жогорку оранда сп³ баглы карбон йапысы даха сонра сыжак филаментли кимйасал бухар бириктирме сүрежинде елмас чекирдеклеринин олушумуну дестеклемек ичкиин кулланылмыштыр.

Силисйум (100) ве сафир (0001) йүзейлеринде метан-хидрожен карышымы кулланыларак 800–900 °Ж арасында үч саатлик елмас бүйүтме тажрыйбалери герчеклештирилмиштир. Йүксек чөзүнүрлүклү електрон микроскобу, карбонлаштырылмыш ПАН ичкиинде графитик бөлгелерин йанында елмас бензери тетрахедрал күмелерин булундугуну гөстермиштир. Raman спектрумунда азот атмосферинде хазырланан нумунеден бүйүтүлен елмас ичкиин 1332,14 жм⁻¹ меркезли ве 5,82 жм⁻¹ генишлигинде бир пик елде едилмиш; изилдөөчүлөр бу сонужу жогорку калители ве төмөн герилмели елмас олушуму оларак йорумламыштыр.

Силисйум үзеринде 800 °Ж’де бүйүтүлен кристаллерин орточо бойуту болжол менен 4,0 µм ве изилдөөда түретмененн бүйүме хызы 1,3 µм/саат олмуштур. Бүйүтме сыжаклыгы 900 °Ж’йе чыкарылдыгында орточо кристал бойуту 5,4 µм’йе, бүйүме хызы исе 1,8 µм/саат дүзейине йүкселмиштир. Бу, билдирмененн бүйүме хызында болжол менен йүзде 38,5 артыша каршы гелмектедир. Сафир үзеринде 900 °Ж’де болжол менен ошол эле бүйүме хызы елде едилмиш ве елмасын &лт;111&гт; йөнелимийле сафирин &лт;0001&гт; йөнелими арасындаки уйум, изилдөөчүлөр тарафындан епитаксийел бүйүменин гөстергеси оларак бааланган.

Түркия ачысындан өнеми: Ыкма; Түркия’де жогорку кубатлү електрониклерин ысыл йөнетими, гениш бант аралыклы йары мененткен айгытлар, ашынмайа дайаныклы капламалар, оптик пенжерелер ве мененри сенсөрлер ичкиин елмас филм үретиминин гелиштирилмесине каткы саглайабмененжек бир араштырма йөнү сунмактадыр. Түркия’де уйгуланмадан өнже ар башка ПАН деришимлери, йерли алтлык малземелери ве гениш wафер йүзейлери үзеринде филм калынлыгы, каплама хоможенлиги, арайүз йапысы, ысыл мененткенлик, йапышма дайанымы ве електриксел өзелликлер өлчүлмелидир. Изилдөөда герчек wафер өлчеги, үретим малийети, сери үретим верими же жихаз перформансы верилмедигинден ыкма түздөн-түз ендүстрийел үретим речетеси оларак кулланыламаз.

Изилдөө, ПАН капламаларынын геленексел елмас танежиклерийле тохумламайа алтернатиф олабмененжегини гөстермектедир. Анжак “жогорку калители”, “гениш аланлы” ве “епитаксийел” нителемелери ар башка каныт дүзейлерине сахиптир. Raman ве микроскоп гөрүнтүлери йерел филм калитесини дестеклеркен, гениш алан хоможенлиги ве кристал йөнелиминин бүтүн йүзейе йайылдыгы хенүз нижел оларак тастыкталган эмес.

Араштырманын еле алдыгы темел сорун эмне?

Елмас; жогорку сертлик, кимйасал карарлылык ве гениш бант аралыклы електроник уйгуламалар бтокындан өнемли бир малземедир. Муну менен бирге елмас фазы ортам басынжында термодинамик оларак карарлы фаз дегилдир ве елмасын жогорку йүзей энергияси, даха төмөн йүзей энергиясине сахип йабанжы алтлыклары колайжа ыслатмасыны енгеллер.

Бу дурум, елмасын силисйум же сафир үзеринде баштапкыта айры айры үч бойутлу кристаллер хâлинде бүйүмесине йол ачабилир. Сүрекли бир филм елде едебилмек ичкиин йүзейде чок сайыда ве бирбирине йакын елмас чекирдеги олуштурулмасы герекир.

Геленексел йаклашым, йүзейи елмас танежиклерийле чизмек же елмас тозу ичкиерен эритмелерле тохумламактыр. Изилдөөйа гөре бу танежиклер металик катализөр калынтылары, аморф карбон ве эритме ичкиинде дагылма сорунлары ташыйабилир. Изилдөөчүлөр, полимерден түздөн-түз олуштурулан ве елмас бензери тетрахедрал күмелер ичкиердиги өне сүрүлен Q-карбонун даха темиз ве капланабилир бир тохумлама катмары саглайабмененжегини араштырмыштыр.

Q-карбонун өнермененн ролү

Изилдөөда Q-карбон, растгеле йөнленмиш сп³ баглы карбон тетрахедра күмелери менен бу күмелер арасында калан сп² баглы карбон бөлгелеринден олушан денге сырткыы бир карбон фазы оларак танымланмактадыр.

Изилдөөчүлөрын өнердиги олушум сырасы үч ашамалыдыр:

1. Карбон атомлары арасында жогорку оранда сп³ баг олушмасы,
2. Сп³ баглы атомларын елмас тетрахедра йапылары олуштурмасы,
3. Йетерли йогунлуктаки тетрахедра күмелеринин елмас бирим ячейкасине бензейен чекирдеклер мейдана гетирмеси.

Бу хазыр чекирдеклерин ХФCVД сырасында гелен карбон радикаллеринин түздөн-түз елмас өргүсүне катылмасыны колайлаштырдыгы мененри сүрүлмектедир. Бөйлеже айры бир кулучка же чекирдекленме сүресине дуйулан ихтийач азалтылабилир.

Йүзей энергияси ве ики бойутлу бүйүме

Изилдөөда сүрекли ики бойутлу филм бүйүмеси ичкиин ашагыдаки ыслатма кошулу берилген:

\[ \sigma_s \geq \sigma_f + \sigma_{sf} \]

Бурада:

• σ_с: Алтлыгын йүзей энергияси,
• σ_ф: Бүйүйен филмин йүзей энергияси,
• σ_сф: Алтлык–филм арайүз энергиясидир.

Изилдөөчүлөр Q-карбонун йүзей энергиясинин елмастан даха жогорку олдугуну ве бу неденле елмасын йүзейи ыслатарак ики бойутлу бүйүмесине йардым едебмененжегини савунмактадыр.

Анжак метнин сонраки бөлүмүнде кошул гана σ_с &гт; σ_ф бичкииминде саделештирилмиш ве арайүз энергияси терими чыкарылмыштыр. Q-карбонун йүзей энергияси же темас ачысы да бу изилдөөда түздөн-түз өлчөнгөн эмес. Ошондуктан ыслатма ачыкламасы тажрыйбасел оларак тамамланмыш бир йүзей энергияси биланчосу дегил, өнермененн меканизмадыр.

ПАН эритмеси кантип хазырланмыштыр?

Тажрыйбаде 0,5 грам полиакрилонитрил тозу, 5 милилитре диметил сүлфоксит ичкиинде чөзүлмүштүр. Елде едмененн эритме силисйум (100) ве сафир (0001) алтлыклар үзерине болжол менен 2000 девир/дакика хызында бир дакика бойунжа дөндүререк капланмыштыр.

Өзет бөлүмүнде ар башка ПАН деришимлеринин филм, лиф ве басылабилир геометрмененр олуштурмак ичкиин кулланылабилдиги белиртилмектедир. Муну менен бирге тажрыйба бөлүмүнде гана 0,5 грам/5 милилитре бмененшими ачыкланмыш; ар башка деришимлерин калынлык, вискозите, Q-карбон йапысы же елмас чекирдекленмесине еткиси каршылаштырылмамыштыр.

ПАН кантип Q-карбона дөнүштүрүлмүштүр?

Капланан ПАН ики ашамалы ысыл ишлеме таби тутулмуштур:

• Хавада 300 °Ж’де 30 дакика оксидасйон ве термал карарлылаштырма,
• Азот же аргон атмосферинде 1100 °Ж’де 60 дакика карбонлаштырма.

Бешинжи сайфадаки Шекил 1, ПАН зинжирлеринин дөнүшүмүнү кимйасал шемайла гөстермектедир. Илк ашамада нитрил груплары ичкиерен догрусал ПАН зинжирлери халкалашмакта ве хидрожен кайбетмектедир. Оксиженли ортамда чапраз багланмыш ве ысыйа даха дайаныклы мердивен типи полимер йапысы олушмактадыр.

1100 °Ж’деки карбонлаштырма сырасында азот, оксижен ве хидрожен ичкиерен груплар йапыдан айрылмактадыр. Изилдөөда метан, азот, амонйак, хидрожен сийанүр, су ве карбон окситлер гиби газларын олушабмененжеги белгиленген. Дүзлемсел карбон халкаларынын бир бөлүмү кыврылмыш сандалйе бичкиимли йапылара дөнүшмекте ве растгеле йөнленмиш сп³ тетрахедра күмелери олуштурмактадыр.

Карбонлашманын тамамланмадыгы аланларда сп² карактерли чифт багларын калабилдиги белиртилмектедир. Демек ортайа чыкан йапы тамамен сп³ баглы тек фазлы бир малземе дегил, сп³ агырлыклы ве бир миктар сп² карбон ичкиерен карма йапыдыр.

Raman жыйынтыклары ПАН дөнүшүмү хаккында не гөстермектедир?

Каплама сонрасындаки ишленмемиш ПАН, болжол менен 1600 жм⁻¹ чевресинде гениш ве белиргин кристал пик ичкиермейен бир Raman спектруму гөстермиштир. ПАН 300 °Ж’де окситлендигинде Д ве Г бантлары ортайа чыкмыштыр.

Азот атмосферинде 1100 °Ж’де карбонлаштырылан нумунеде:

• Д банды: 1361,27 жм⁻¹,
• Г банды: 1581,50 жм⁻¹

оларак билдирилген. Аргон атмосферинде карбонлаштырылан нумунеде исе Д ве Г бантлары сырасыйла болжол менен 1368,60 ве 1587,47 жм⁻¹ дүзейиндедир.

Изилдөөчүлөр, 300 °Ж’деки оксидасйон сонрасында сп³ баглы карбон ораныны болжол менен йүзде 50; 1100 °Ж’деки карбонлаштырма сонрасында исе болжол менен йүзде 80 оларак вермиштир. Калан йүзде 20’нин тетрахедра күмелери арасындаки сп² бөлгелерден олуштугу белиртилмектедир.

Анжак бу оранларын ханги Raman пик айрыштырма модельи, йогунлук ораны же калибрасйон егрисийле хесапландыгы ачыкланмамыштыр. Өлчүм ноктасы сайысы ве йүзей бойунжа дегишим де верилмедигинден оранлар бүтүн капламанын догруланмыш хажимсел бмененшими оларак дегерлендирилмемелидир.

ХРTEM гөрүнтүсү не гөстермектедир?

Йединжи сайфадаки Шекил 2(ж), карбонлаштырылмыш ПАН капламасынын жогорку чөзүнүрлүклү електрон микроскобу гөрүнтүсүнү сунмактадыр. Гөрүнтүде ики ар башка өргү аралыгы рапорланмыштыр:

• 3,38 Å: Графитин (0002) дүзлеми оларак йорумланан бөлге,
• 2,16 Å: Елмасын (111) дүзлеми оларак йорумланан бөлге.

Бу ики бөлгеден елде едмененн хызлы Фоуриер дөнүшүмү десенлери де графитик ве елмас бензери өргүлерин ошол эле карбонлаштырылмыш малземе ичкиинде булундугу шеклинде йорумланмыштыр.

ХРTEM сонужу, чок кичине бир гөрүш аланындаки йерел йапыйы гөстермектедир. Елмас бензери тетрахедра күмелеринин бүтүн каплама бойунжа тыгыздыгы, бойут дагылымы же бирбирлерийле баглантысы нижел оларак өлчөнгөн эмес.

ХФCVД бүйүтме кошуллары

ПАН’дан түретмененн Q-карбон капламалар, сыжак филаментли кимйасал бухар бириктирме системинде елмас бүйүтме тохуму оларак кулланылмыштыр. Темел кошуллар шөйледир:

• Метан/хидрожен ораны: %2,0
• Топлам басынч: 20 Торр
• Филамент сыжаклыгы: 2000 °Ж
• Филамент–алтлык узаклыгы: 5–6 мм
• Алтлык сыжаклыгы: 800 же 900 °Ж
• Бүйүтме сүреси: Шекиллерде рапорланан тажрыйбалерде 3 саат

Елмас бүйүмесинин өнермененн кимйасал меканизмасы

Сыжак филамент, молекүлер хидрожени атомик хидрожене айырмактадыр. Метан менен атомик хидрожен арасындаки газ фазы тепкимелери сонужунда метил радикаллери олушмактадыр.

Изилдөөнын меканизма ачыкламасына гөре:

1. Метил радикаллери Q-карбон каплы йүзейе адсорбе олур.
2. Атомик хидрожен сп² баглы карбону сечижи оларак ашындырыр.
3. Сп³ баглы тетрахедрал күмелер даха карарлы хâле гелир.
4. Карбон радикаллери хазыр елмас бензери чекирдеклере катылыр.
5. Чекирдеклер кристал елмас танелерине ве даха сонра сүрекли филме дөнүшүр.

Бу меканизма Raman, ХРTEM ве бүйүменин ПАН каплы бөлгелерде йогунлашмасыйла дестекленмектедир. Анжак радикал йогунлуклары, чекирдек олушумунун замана баглы еврими же сп² ашындырма хызы түздөн-түз өлчөнгөн эмес.

800 °Ж’де силисйум үзериндеки бүйүме

Докузунжу сайфадаки Шекил 3, азот атмосферинде карбонлаштырылан ПАН каплы силисйум үзеринде 800 °Ж’де үч саат бүйүтүлен елмас йапыларыны гөстермектедир.

ПАН же Q-карбон ичкиерен чизгмененр ве күмелер бойунжа йогун елмас чекирдекленмеси гөрүлүркен капламадан узак аланларда чекирдек тыгыздыгы чок төмөн оларак танымланмыштыр. Бу каршылаштырма, елмас олушумунун Q-карбон булунан бөлгелерле илишкили олдугуну гөстермектедир.

Тек бир лиф же чизги бойунжа бүйүйен елмасларын орточо бойуту болжол менен 4,0 µм’дир. Үч саатлик бүйүтме сүресине гөре изилдөө болжол менен 1,3 µм/саат бүйүме хызы вермектедир.

Кристаллер арасында шу геометрмененр гөзленмиштир:

• Октахедрон,
• Күбоктахедрон,
• Бешген призма,
• Икосахедрон.

Изилдөөчүлөр, кристал чоңлүклеринин бирбирине йакын олмасыны Q-карбон чекирдеклеринин кулучка сүресини азалтмасына багламактадыр. Муну менен бирге кристал бойуту дагылымынын орточо, стандарт сапма же өрнек сайысы верилмемиштир.

ЕБСД анализи не гөстермектедир?

Шекил 3(г) ве 3(х), гери сачылан електронлардан елде едмененн Кикужхи бантларыны ве индексленмиш дүзлемлери гөстермектедир. Бантлар елмас кристаллеринин &лт;111&гт; йүзей ве йөнелим бмененшенлерине сахип олдугуну догруламак ичкиин кулланылмыштыр.

Силисйум нумунесинде вермененн десен бир елмас кристалинин йөнелимини гөстермектедир. Филм бойунжа кач кристалин өлчүлдүгү, йөнелим дагылымы ве елмас менен силисйум өргүсү арасындаки там йөнелим илишкиси верилмемиштир. Демек бу жыйынтык йерел кристал йөнелимини дестеклер; бүтүн филмин тек йөнелимли же там епитаксийел олдугуну тек башына канытламаз.

Азот ве аргон атмосферлеринин каршылаштырылмасы

Хем азот хем аргон атмосферинде 1100 °Ж’де карбонлаштырылан ПАН капламалары, 800 °Ж ХФCVД сонрасында сүрекли елмас филм олушумуну дестеклемиштир.

Азот атмосферинде хазырланан нумунеден бүйүтүлен елмасын Raman пики:

• Меркез: 1332,14 жм⁻¹
• Там йары максимум генишлик: 5,82 жм⁻¹

оларак билдирилген. Йазарлар пикин елмасын теорик күтле дегерине йакынлыгыны төмөн герилме ве жогорку калите гөстергеси оларак йорумламактадыр.

Аргон атмосферинде хазырланан нумунеде:

• Меркез: 1333,18 жм⁻¹
• Там йары максимум генишлик: 7,14 жм⁻¹

елде едилмиштир. Пик каймасы басма чыңалууийле, даха гениш пик исе дислокасйон ве икиз гиби кусурларла илишкмененндирилмиштир.

Изилдөө, Raman каймасыны бир герилме–далга сайысы катсайысыйла МПа же ГПа жинсинден хесапламамыштыр. Айрыжа хер атмосфер ичкиин текрарлы нумуне ве йүзей хариталамасы сунулмадыгындан атмосферлер арасындаки фаркын истатистиксел гүвени билинмемектедир.

900 °Ж’де бүйүтме неден даха хызлыдыр?

Силисйум алтлыгын сыжаклыгы 900 °Ж’йе йүкселтилдигинде филм сүрекли калмыш ве кристаллерин орточо бойуту болжол менен 5,4 µм’йе улашмыштыр. Изилдөөда бүйүме хызы 1,8 µм/саат оларак берилген.

800 °Ж’деки 1,3 µм/саат дегерийле каршылаштырылдыгында:

\[ \frac{1{,}8-1{,}3}{1{,}3}\times100 \approx 38{,}5\% \]

оранында бир артыш булунмактадыр.

Изилдөөчүлөр бу артышы даха жогорку температурата карбон радикаллеринин активасйон енгелини даха колай ашмасына, йүзей дифүзйонунун артмасына ве карбон атомларынын карарлы өргү конумларына даха хызлы улашмасына багламактадыр.

Бүйүме хызы үч саат сонундаки орточо кристал бойутундан елде едилмиштир. Фарклы сүрелерде нумуне бүйүтүлмедиги ичкиин бүйүменин үч саат бойунжа догрусал олуп олмадыгы гөстерилмемиштир.

900 °Ж’де йөнелим дегишими

Изилдөөнын 12. сайфасындаки Шекил 5, 900 °Ж’де бүйүтүлен елмасларын 800 °Ж’деки нумунелере гөре даха белиргин йөнелим гөстердигини белиртмектедир. Изилдөөчүлөр, төмөн температурата сынырлы карбон харекетлилигинин растгеле йөнленмиш поликристалин бүйүмейе йол ачтыгыны; жогорку сыжаклыгын исе атомларын даха уйгун кристал конумларына йерлешмесини колайлаштырдыгыны савунмактадыр.

Бу гөзлем жогорку бүйүтмели SEM гөрүнтүлерине дайанмактадыр. Йөнелим дережеси бир доку катсайысы, ЕБСД йөнелим харитасы же X-ышыны кутуп фигүрүйле нижел хâле гетирилмемиштир.

Сафир үзериндеки бүйүме

Айны ПАН каплама ве карбонлаштырма йаклашымы сафир (0001) алтлык үзеринде де уйгуланмыштыр. ХФCVД бүйүтмеси 900 °Ж’де үч саат сүрдүрүлмүштүр.

Изилдөө сафир үзериндеки филми “нередейсе сүрекли” оларак танымламактадыр. SEM гөрүнтүлеринде гениш каплы бөлгелер булунмакла бирликте капламанын тамамыны темсил еден сандык йүзей капсама ораны верилмемиштир.

Сафирдеки кристал бүйүме хызы да болжол менен 1,8 µм/саат оларак билдирилген. Тек тек кристаллер болжол менен 5,5–5,8 µм бойутларда гөстерилмиш; бешген призма ве икосахедрон бензери геометрмененр гөзленмиштир.

ЕБСД жыйынтыкларында елмасын &лт;111&гт; йөнелими менен сафирин &лт;0001&гт; йөнелими арасындаки илишки изилдөөчүлөр тарафындан епитаксийел бүйүменин каныты оларак йорумланмыштыр.

Анжак изилдөө шу епитакси догруламаларыны ичкиермемектедир:

• Гениш аланлы ЕБСД йөнелим харитасы,
• Кристаллер арасы йөнелим сапмасы дагылымы,
• X-ышыны пхи тарамасы же кутуп фигүрү,
• Филм–сафир арайүзүнүн кеситсел ХРTEM гөрүнтүсү,
• Арайүз дислокасйонлары же домаин матжхинг илишкисинин түздөн-түз анализи.

Ошондуктан жыйынтыклар йөнленмиш ве епитаксийле уйумлу бүйүмейи дестеклемекте, бирок wафер өлчегинде тек йөнелимли епитаксийел филм олушумуну хенүз там оларак көрсөтпөйт.

Кристал шекиллери неден ар башкалашмактадыр?

Изилдөө, елмас кристаллеринин октахедрон, күбоктахедрон, бешген призма ве икосахедрон гиби ар башка геометрмененре дөнүшмесини топлам Гиббс сербест энергиясинин күчүлтүлмесийле ачыкламактадыр:

\[ \Delta G_T = -\Delta G_V V + \gamma_{hkl}A_s \]

Бурада:

• ΔГ_Т: Топлам Гиббс сербест энергия дегишими,
• ΔГ_В: Бирим хажим башына хажимсел сербест энергия каткысы,
• В: Кристал хажми,
• γ_хкл: Белирли кристал йүзүнүн йүзей энергияси,
• А_с: Топлам йүзей аланыдыр.

Бирим хажим ичкиин ифаде:

\[ \frac{\Delta G_T}{V} = -\Delta G_V+ \gamma_{hkl}\frac{A_s}{V} \]

шеклиндедир. Хажимсел терим сабит кабул едилдигинде, йүзей энергияси менен йүзей аланы/хажим оранынын чарпымы даха кичине олан шекил даха төмөн топлам энергияйе сахип олажактыр.

Елмас йүзлеринин гөрели йүзей энергиялери

Изилдөөда йүзей энергияси шу илишкийле берилген:

\[ \gamma_s(hkl)= \frac{3\lambda E} {8d^2\sqrt{h^2+k^2+l^2}} \]

Бурада Е карбон–карбон баг энергиясини, д баг узунлугуну, х, к ве л Миллер индислерини, λ исе бу индислерин ен чоң дегерини гөстермектедир.

Изилдөөнын кулландыгы гөрели йүзей энергияси сырасы шөйледир:

\[ \gamma_{111}:\gamma_{110}:\gamma_{100} = \frac{1}{\sqrt{3}}: \frac{1}{\sqrt{2}}: 1 \]

Буна гөре {111} йүзлери, каршылаштырылан үч төмөн индисли йүз арасында ен төмөн йүзей энергиясине сахиптир.

Неден икосахедрон ен карарлы шекил оларак өнерилмектедир?

Икосахедрон, 20 адет үчгенсел {111} йүз ичкиермектедир. Изилдөөнын Табло 1’деки геометрик хесабында икосахедрон ичкиин гөрели йүзей энергияси/хажим дегери 2,97 оларак берилген. Бу дегер каршылаштырылан чок йүзлү шекиллер арасындаки ен төмөн дегердир.

Изилдөөчүлөр, беш кат икизленмиш ара кристаллерин бүйүме сырасында йүзей энергиясини азалтарак икосахедрон бичкиимине дөнүшебмененжегини савунмактадыр.

Модел, геометрик йүзей аланы ве идеал кристал йүзлеринин гөрели энергиялерине дайанмактадыр. Икиз сыныры энергияси, еластик гериним, кусур тыгыздыгы, хидроженле йүзей сонланмасы, бүйүме хызларынын йөн багымлылыгы ве кинетик енгеллер моделье дахил едилмемиштир. Ошондуктан хесап, гөзленен шекиллер ичкиин оласы бир термодинамик йөнелим сунмакта; бүйүме йолунун бүтүн айрынтыларыны далилдебейт.

Изилдөөнын дестекледиги жыйынтыклар

• ПАН эритмеси силисйум ве сафир алтлыклара инже каплама оларак уйгуланабилмектедир.
• 300 °Ж оксидасйон ве 1100 °Ж инерт атмосфер ишлеми, сп³ баглы карбон ичкиериги жогорку бир йапы олуштурмактадыр.
• ХРTEM ве ФФТ гөрүнтүлери карбонлаштырылмыш ПАН ичкиинде графитик ве елмас бензери өргү бөлгелери гөстермектедир.
• ПАН/Q-карбон булунан аланларда елмас чекирдекленмеси, каплама булунмайан аланлардан белиргин бичкиимде даха йогундур.
• Азот ве аргон атмосферлеринде хазырланан катмарларын икиси де ХФCVД елмас бүйүмесини колдойт.
• Азот атмосферинде хазырланан нумуненин елмас Raman пики, аргон нумунесине гөре даха дар ве даха төмөн далга сайысындадыр.
• 900 °Ж’деки орточо кристал чоңлүгү ве түретмененн бүйүме хызы 800 °Ж’ден даха жогоркутир.
• Силисйум ве сафир үзеринде октахедрал, күбоктахедрал, бешген призматик ве икосахедрал елмас кристаллери олушабилмектедир.
• Сафир үзериндеки ЕБСД десенлери елмас &лт;111&гт; менен сафир &лт;0001&гт; йөнелимлери арасында илишки булундугуну гөстермектедир.

Изилдөө нейи далилдебейт?

• ПАН/Q-карбон тохумламанын геленексел елмас танежиги тохумламасындан даха үстүн олдугуну түздөн-түз каршылаштырмамактадыр.
• Фарклы ПАН деришимлери арасында ен уйгун бмененшими белирлемемектедир.
• Q-карбон йүзей энергиясинин елмастан жогорку олдугуну бу тажрыйбаде өлчмемектедир.
• Йүзейин не кадар чоң бөлүмүнүн сүрекли филмле капландыгыны нижел оларак көрсөтпөйт.
• Филм калынлыгыны, пүрүзлүлүгүнү, гөзенеклилигини же йапышма дайанымыны рапорламамактадыр.
• Капламанын бүтүн аланында йүзде 80 сп³ карбон булундугуну көрсөтпөйт.
• Бүтүн елмас кристаллеринин ошол эле йөнелимде олдугуну далилдебейт.
• Силисйум үзериндеки бүйүменин там епитаксийел йөнелим илишкисини көрсөтпөйт.
• Сафир үзериндеки бүтүн филмин wафер өлчегинде епитаксийел олдугуну далилдебейт.
• Бүйүме хызынын заман бойунжа догрусал олдугуну көрсөтпөйт.
• Олушан филмлерин ысыл, електриксел, оптик же меканик жихаз перформансыны өлчмемектедир.
• Ыкмаин сери үретим малийетини, веримини же текрарланабилирлигини дегерлендирмемектедир.

Изилдөөнын темел сынырлылыклары

• Багымсыз сентез ве бүйүтме текрарларынын сайысы верилмемиштир.
• Хата чубугу, стандарт сапма же истатистиксел анализ жок.
• “Гениш алан” ичкиин физиксел бойут ачыкланмамыштыр.
• ПАН филм калынлыгы ве Q-карбон тохумлама табакасынын калынлыгы өлчөнгөн эмес.
• Фарклы ПАН деришимлеринин жыйынтыклары гөстерилмемиштир.
• Raman табанлы сп³ ораны хесаплама ыкмаи ачыкланмамыштыр.
• Raman ве микроскоп жыйынтыкларынын алан ичкииндеки дегишими хариталанмамыштыр.
• Филм–алтлык арайүзү кеситсел оларак инжеленмемиштир.
• ЕБСД жыйынтыклары гениш аланлы йөнелим харитасы бичкииминде сунулмамыштыр.
• Raman пики каймасындан нижел артык герилме хесапланмамыштыр.
• 800 ве 900 °Ж жыйынтыклары гана тек бир бүйүтме сүресинде каршылаштырылмыштыр.
• Икосахедрон модельи икиз сыныры ве кинетик энергия каткыларыны ичкиермемектедир.
• Шекил ачыкламаларындаки 8000 °Ж ве 9000 °Ж ифаделери метиндеки 800 °Ж ве 900 °Ж дегерлерийле уйумсуз типографик хаталардыр.
• Силисйум ве сафир үзериндеки каплама сүреклилиги ошол эле нижел өлчүтле дегерлендирилмемиштир.

Түркия’де уйгуланмасы ичкиин герекен араштырма адымлары

Илк ашамада ар башка ПАН/ДМСО деришимлери ве дөндүререк каплама хызлары кулланыларак филм калынлыгы ве йүзей хоможенлиги хариталанмалыдыр. ПАН капламасынын оксидасйон ве карбонлаштырма сырасында не кадар бүзүлдүгү, чатлайып чатламадыгы ве алтлыга не өлчүде тутундугу белирленмелидир.

Икинжи ашамада Q-карбон оларак танымланан табака Raman хариталамасы, XPS, ЕЕЛС ве кеситсел TEM ыкмалерийле гениш аланда инжеленмелидир. Сп³/сп² ораны ар башка анализ текниклерийле каршылаштырылмалы ве өлчөө белирсизлиги верилмелидир.

Үчүнжү ашамада Q-карбон тохумлама; елмас тозу, чизик олуштурма ве тохумсуз йүзейлерле ошол эле ХФCVД кошулларында каршылаштырылмалыдыр. Чекирдек тыгыздыгы, кулучка сүреси, каплама йүздеси ве тане чоңлүгү дагылымы нижел оларак өлчүлмелидир.

Дөрдүнжү ашамада ар башка бүйүтме сүрелери кулланыларак филм калынлыгы ве кристал бойуту замана каршы өлчүлмелидир. Бөйлеже 1,3 ве 1,8 µм/саат оларак вермененн хызларын догрусал бүйүмейи темсил едип етмедиги гөстермененбилир.

Бешинжи ашамада гениш аланлы ЕБСД, X-ышыны кутуп фигүрү ве кеситсел ХРTEM менен епитакси догруланмалыдыр. Силисйум ве сафир үзеринде филм–алтлык йөнелим илишкиси, арайүз дислокасйонлары ве йөнелим сапмалары айры айры рапорланмалыдыр.

Сон ашамада елмас филмлерин герчек кулланым перформансы өлчүлмелидир. Ысыл мененткенлик, електриксел диренч, диелектрик кайып, оптик гечиргенлик, йүзей сертлиги, ашынма ве йапышма тажрыйбалери йапылмадан ыкмаин електроник же каплама уйгуламаларына хазыр олдугу сөйленемез.

Изилдөөнын Ыкмаи ве Жыйынтыктары

Үретим сүрежинин өзети

ХФCVД ишлем параметрелери

ПАН ве Q-карбон карактеризасйонунун өзети

Елмас бүйүтме жыйынтыкларынын каршылаштырылмасы

Бүйүтүлен елмасларын Raman каршылаштырмасы

“Герилмесиз” ве “басма чыңалуули” танымлары изилдөөнын Raman пики йорумларыдыр. Герилме чоңлүклери нижел оларак хесапланмамыштыр.

Каныт дүзейинин өзети

Шекил ве таблонун билимсел анламы

• Шекил 1: ПАН’ын халкалашма, хидрожен кайбы, оксидасйон, карбонлаштырма ве денитроженасйон ашамаларындан гечерек сп³ тетрахедра ичкиерен карбон йапысына дөнүшмесини гөстермектедир.
• Шекил 2(а): Азот атмосферинде 1100 °Ж’де ишленен ПАН филминин оптик оларак сүрекли гөрүнүмүнү сунмактадыр.
• Шекил 2(б): Ишленмемиш ПАН, 300 °Ж’де окситленмиш ПАН ве 1100 °Ж’де карбонлаштырылмыш капламаларын Raman дегишимини каршылаштырмактадыр.
• Шекил 2(ж–д): Графитик ве елмас бензери бөлгелерин ХРTEM өргү гөрүнтүлерини ве ФФТ десенлерини гөстермектедир.
• Шекил 3: 800 °Ж’де силисйум үзеринде Q-карбон чизгмененри ве күмелери бойунжа елмас чекирдекленмесини, ар башка кристал шекиллерини ве бир ЕБСД десенини гөстермектедир.
• Шекил 4: Аргонла хазырланан Q-карбон үзериндеки сүрекли филми ве азот–аргон нумунелеринин елмас Raman пиклерини каршылаштырмактадыр.
• Шекил 5: Силисйум үзеринде 900 °Ж’де даха чоң ве даха белиргин йөнленмиш елмас кристаллеринин олуштугуну гөстермектедир.
• Шекил 6: Сафир үзериндеки нередейсе сүрекли елмас филми, болжол менен 5–6 µм чоңлүгүндеки кристаллери ве ЕБСД индекслемесини гөстермектедир.
• Табло 1: Фарклы чок йүзлү кристал шекиллеринин йүзей аланы/хажим ве гөрели йүзей энергияси/хажим дегерлерини каршылаштырарак икосахедрону ен төмөн дегерли шекил оларак конумландырмактадыр.

Булак ве Ыкма Эскертүү

Изилдөөнын там өзгүн ады: Гроwтх оф Хигх-Qуалитй Ларге Ареа Диамонд Филмс Усинг Полйажрйлонитрменен-Деривед Q-Жарбон Сеединг

Йазарлар ве догру сыралары: Жагдисх Нарайан ве Кисхан Лал Кумаwат.

Еш биринжи йазар: Еш каткы же еш биринжи йазарлык билгиси белиртилмемиштир.

Сорумлу йазар: Жагдисх Нарайан. Изилдөөда менентишим адреси narayan@ncsu.edu оларак берилген.

Курумсал багланты: Департмент оф Материалс Сжиенже анд Енгинееринг, Нортх Жаролина Стате Университй, Ралеигх, Нортх Жаролина 27695-7907, УСА.

DOI: 10.2139/ссрн.7195322. DOI, SSRN препринт кайдына аиттир ве хакемли бир дерги макалеси DOI’си оларак дегерлендирилмемелидир.

Дерги: Хакемли бир дерги ады белиртилмемиш ве йайымланмыш дерги сүрүмү тастыкталган эмес.

Йайын платформу: SSRN.

SSRN өзет нумарасы: 7195322.

Йайын йылы: 2026.

Там йайын тарихи: Изилдөө метнинде йер алмамактадыр.

Булак түрү: ПАН дөнүшүмү, ХФCVД елмас бүйүтме, Raman, ХРTEM, SEM, ЕБСД ве йүзей энергияси модельлемесини бирлештирен тажрыйбасел малземе билими препринти.

Хакемлик дуруму: Изилдөө хакем дегерлендирмесинден гечмемиштир. Хер сайфада препринт ве хакемсиз изилдөө уйарысы булунмактадыр.

Өзгүн йайыневи: Хакемли дерги йайыневи жок; изилдөө SSRN үзеринде сунулмуштур.

Ресмî багланты:https://ssrn.com/abstract=7195322

Финансман: Изилдөө, Дефенсе Адванжед Ресеаржх Прожежтс Агенжй тарафындан ДАРПА-ХР0011-24-2-0378 нумаралы дестекле финансе едилмиштир. Араштырманын бир бөлүмү Нортх Жаролина Стате Университй Аналйтижал Ынструментатион Фажилитй бүнйесинде герчеклештирилмиштир. Бу меркез Нортх Жаролина Ейалети ве Натионал Сжиенже Фоундатион’ын ЕЖЖС-2025064 нумаралы дестегийле финансе едилмектедир.

Чыкар чатышмасы: Йазарлар чыкар чатышмасы булунмадыгыны бейан етмиштир.

Йазар каткылары: Киши базында айрынтылы йазар каткы бейаны йер алмамактадыр.

Вери еришими: Хам Raman спектрумлары, ХРTEM гөрүнтү сетлери, ЕБСД йөнелим вермененри, SEM алан тарамалары ве тажрыйба текрарларына аит ачык вери баглантысы верилмемиштир.

Ачык еришим лисансы: Изилдөө метнинде ачык бир лисанс билгиси белиртилмемиштир.

Бу Түркче макале; изилдөөнын 19 сайфалык там метни, кимйасал дөнүшүм шемасы, оптик ве електрон микроскобу гөрүнтүлери, Raman спектрумлары, ХРTEM ве ФФТ жыйынтыклары, ЕБСД десенлери, йүзей энергияси денклемлери ве геометрик каршылаштырма таблосу инжеленерек хазырланмыштыр. Дыш булаклар гана изилдөө кайды, DOI, менентишим йазары ве курумсал кимлигин библийографик догруланмасы амажыйла кулланылмыш; билимсел ичкиериге сырткыарыдан тажрыйбасел булгу екленмемиштир.

Изилдөөнын башлыжа сынырлылыклары; гениш алан бойутунун танымланмамасы, ар башка ПАН деришимлеринин гөстерилмемеси, филм ве тохум катмары калынлыкларынын өлчүлмемеси, тажрыйба текрарлары менен истатистиксел дагылымларын верилмемеси, сп³ оранынын хесаплама ыкмаинин ачыкланмамасы, гениш аланлы йөнелим харитасы булунмамасы, арайүзүн түздөн-түз инжеленмемеси ве теорик кристал шекли модельинин йүзей энергияси сырткыындаки каткылары капсамамасыдыр.