采用外置式電容耦合低壓等離子化學氣相沉積法制備非晶CHN 薄膜。X 射線光電子能譜儀分析表明薄膜表面C、N 和O 的相對含量比，同時隨著N2/CH4比例增大，薄膜中N 元素的含量逐漸增加;并且對薄膜中存在的C- N 共價鍵進行了討論；傅里葉紅外透射光譜分析表明薄膜中存在C- N 鍵和其他官能團；拉曼光譜分析表明隨著N₂/CH₄比例增大，D 峰和G 峰的中心位置先遠離然后靠近，并且D 峰和G 峰的面積比逐漸增加，源于薄膜無序度增加且逐漸趨于石墨化。

　　Liu 和Cohen從理論語言了共價化合物β- C₃N₄ 存在的可能性，β- C₃N₄ 以其堪比金剛石的優越性能吸引了眾多研究者對其的制備研究。然而在眾多的制備方法中，如：空心陰極化學氣相沉積、射頻磁控反應濺射法、介質阻擋放電化學氣相沉積等，到目前還沒有哪種方法制備的薄膜中N 含量達到理論的57%at.，并且制備的薄膜幾乎都為非晶相。不過在制備β- C₃N₄ 的過程中人們發現非晶CHN 薄膜有許多實用的特性，如高硬度、低的摩擦系數、化學惰性和熱傳導性等優點，仍得到了廣泛的研究。此外非晶CHN 薄膜由于其實用的特性，有著廣泛的應用前景。本實驗采用外置式電容耦合低壓等離子體化學氣相沉積法制備CHN 薄膜，具有對薄膜制備參數容易控制，且沉積速率快、能耗低，無電極污染和襯底溫度易控制等特點。

1、實驗

　　本實驗采用外置式電容耦合低壓等離子體化學氣相沉積法，利用高純CH₄ （99.999%）、N₂（99.999%）和H₂ （ 99.999%）作為反應氣體，在其他條件不變的情況下，只通過改變N₂ 和CH₄ 的流量比例在Si（111）面沉積CHN 薄膜。采用13.56 MHz的射頻功率源，入射功率控制在70 W，沉積氣壓為5 Pa，沉積時間為3 h，N₂ 和CH₄ 的氣體流量比例變化從1~10，CH₄ 流量設定為1.5 sccm，H ₂為10 sccm。實驗參數詳見表1。對制備的薄膜樣品采用傅里葉紅外光譜儀、拉曼光譜儀、X 射線光電子能譜儀（XPS）分析進行測試，根據所得數據分析薄膜的化學結構和成分。

表1 CHN 薄膜實驗參數

2、結果與討論

2.1、X射線光電子能譜（XPS）

　　隨機選取3個樣品做X 射線光電子能譜測試，圖1 和圖2 所示為6 號樣品X 射線光電子能譜的C1s 和N1s 分析圖譜，表2 為3 個CHN 薄膜樣品的XPS 分析結果。結合圖1、圖2 和表2可以看出薄膜中明顯存在碳、氮、氧三中元素，并且隨著N₂/CH₄ 比例的增大，薄膜中N 元素的含量也逐漸增加。如果薄膜中N 有3 個相鄰原子成鍵，則其結合能大約在399 eV 附近，如果有兩個相鄰原子成鍵，則其結合能在398 eV 附近，N 原子和碳原子以上述形式形成芳香環結構，所以398 eV 和399 eV 附近的擬合峰是由spC- N、sp²C- N 和sp³C- N 中的N 元素引起的。表2 中C位于285 eV、286 eV 和287 eV 附近的結合能分別對應于spC- N、sp²C- N 和sp³C- N 中的C 元素。

　　圖中285eV 附近的峰最強，說明薄膜主要為非晶態碳結構。薄膜內氧含量來自于薄膜上表面有很多懸掛鍵，吸附了空氣中的二氧化碳和水所致。

3、結論

　　文章報道了在不同N₂ 和CH₄ 比例下，采用外置式低壓等離子體化學氣相沉積法制備CHN薄膜的化學結構和成分。對薄膜采用拉曼光譜、傅里葉紅外透射光譜和X 射線光電子能譜進行分析。X 射線光電子能譜顯示隨著N₂/CH₄ 比值的增大，膜內N 元素的含量逐漸增加，并且膜內C元素和N 元素都是以化合態的形式存在。傅里葉紅外透射光譜顯示薄膜中存在明顯的C-N單鍵和雙鍵以及少量的C-N三鍵，結構類似于摻氮類金剛石薄膜。拉曼光譜分析得出隨著N₂ 和CH₄比例的增大，制備薄膜內sp³ 逐漸向sp² 轉換，sp²團簇的尺寸和數量逐漸增多，薄膜趨于石墨化。