© œ" é ¶ @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , ð r„ 200-701

RF  § Ž5 2² Ž  ] Ø ­ Ž( a' [  S Ë U ê s0 n É® Žz º < gX c lc Ü R ù m Ç× D’ ˜ m} º U c lT c l8 ý ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä — ¤V R Ë

T

‡ Ú£ Ó ^∗ ·  ™ »* å ‡ Ú

y

© œ" é ¶ @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , ð  r„   200-701

+ ä

M  ó j u

ô 

Dz D G ³ ðï  r õ † < Æ ƒ  ½ ¨" é ¶ ì  rF  g ƒ  ½ ¨h Ë >, @ /„   350-606 (2004¸   10 Z 4 30{ 9  ~ à Î6 £ §)

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð í  H à º | 9 ™ èÛ ¼ ì  r0 Al \ " f ] j Œ • ) a | 9  oò ø ͙ è ~ Ã Ì }

Œ •\  @ /K  7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í ,  o† < Æ& h    ½ + Ë : £ ¤$ í x 9   s ß ¼– Ð ³ ð€  ½ ¨› ¸ : £ ¤$ í \  p u   H ´ òõ \  ¦

ƒ 

½ ¨Ù þ ¡ . 150 mtorr _  N

2

· ú š§ 4  \ " f ] j Œ • ) a | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •“ É r 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ 40

^◦

C \ " f 350

^◦

C # 3  0 A– Ð 7 £ x  | ¨ c M : 7 £ x‚ à ÌÖ  ¦, N/C › ¸$ í q  x 9  F  g† < Æ& h  E

g

° ú כ — ¸¿ º y Œ ™™ èÙ þ ¡ . XPS Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  ì  r$ 3   õ   H 7 £ x

‚ Ã

̓ : r • ¸ 7 £ x  | ¨ c  â Ä º sp

³

C-N   ½ + Ë$ í ì  r s  7 £ x ÷ &  H : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð# Œ Å Ò% 3  . 7 £ x‚ à Ìr  l ó ø Í_  “ : r • ¸ Z  }

`

 ¦ à º2 Ÿ ¤ l ó ø Í`  ¦ \ P  t  · ú §“ ¦ ] j Œ • ) a r ¼ # \  q K  ³ ð€  ½ ¨› ¸  © œ@ /& h Ü ¼– Ð › ¸x 9 K t “ ¦ ç  H| 9 K f ” `  ¦

·

ú ˜ à º e ” % 3  .

PACS numbers: 78.20.Ci, 78.40.Fy

Keywords: | 9  oò ø ͙ è, RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A, F  g† < Æ& h   ½ ™× ¼Ì “ s, XPS

I. " e  ] Ø

| 9

 oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •\  @ /ô  Ç › ' a d ” “ É r β - Si

3

N

4

½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H β - C

3

N

4

½ ¨› ¸_  Ó ü t| 9 s  ½ + Ë$ í | ¨ c  â Ä º  ⠕ ¸  s   7 H

×

¼ü < Ä »   
 0 p x ½ + É Ã º e ” `  ¦  כ s    H \ V8 £ ¤ Ü ¼– ÐÂ Ò '

 B Ä º  Ö ¸µ 1 Ï >  ƒ  ½ ¨÷ &# Q M ® o   [1,3]. s  \ V8 £ ¤ s Ê ê β- C

₃

N

₄

½ ¨› ¸_  Ó ü t| 9 ½ + Ë$ í s  0 p x    H ˜ Г ¦ [4] e ” % 3 Ü ¼ 9 s Ê ê  € ª œô  Ç 7 £ x‚ Ã Ì ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð ½ + Ë$ í s  r • ¸÷ &% 3  . Õ ª Q

 ‰ & ³F  t  ˜ Г ¦  ) a ~ à Ì} Œ •+ þ AI  r ¼ # _   â Ä º @ / Òì  r ½ + Ë$ í

 

õ  Ó ü t| 9 s  q & ñ | 9   © œI \  e ”  
 q & ñ | 9 _   „ ½ Ó\  | 9 

™

è   € 9  ) a   & ñ  © œI  { 9 Â Ò † < ÊÄ »  ) a ½ ¨› ¸– Ð ½ + Ë$ í H † d s 

˜

Г ¦÷ &“ ¦ e ”  . Õ ª! 3 \ • ¸ Ô  ¦ ½ ¨ “ ¦ | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •“ É r €  • 60 GPa  t _  Z  }“ É r  ⠕ ¸\  ¦ ° ú   H  כ Ü ¼– Ð ˜ Г ¦÷ &% 3   [5].



s   7 H × ¼ €  • 100 GPa_   ⠕ ¸\  ¦ ° ú   H & h `  ¦ “ ¦ 9 

€ 

 s   H B Ä º z  ´6   x& h “   ° ú כs  . : £ ¤ y  q & ñ | 9   © œI _  | 9 



oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •_   © œI \ " f• ¸ í ß –\ O & h Ü ¼– Ð  l n Û ¼ß ¼ ³ ð€  

\

 { 9 y   H diamond-like carbon(DLC) ~ à Ì} Œ •˜ Ð • ¸ ³ ð€  



} 9 l , y © œ• ¸,  ¹ 1 Ï$ † ½ Ó§ 4 , ] X ‚ à ̧ 4  1 p x \ " f — ¸¿ º Ä ºÃ º > 

› '

a8 £ ¤ ÷ &# Q [6], DLC\  ¦ @ /^ ‰   H [ j@ / ’  ™ èF – Ð" f_   Ö ¸ 6

 

x 0 p x$ í s  B Ä º Z  }  . ô  Ǽ #  β-C

₃

N

₄

_  s  : r& h  F  g† < Æ& h 



½ ™× ¼Ì “ s(E

_g

)“ É r 3.2 eV “    כ Ü ¼– Ð ˜ Г ¦÷ &# Q e ”   [2]. r 

∗

E-mail: [email protected]

% ò

% i _  „    _  \  -t  €  • 3.1 - 1.6 eV e ” `  ¦ “ ¦ 9½ + É M

: | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •“ É r Z  }“ É r  ⠕ ¸ü < È Òõ • ¸ כ ¹½ ¨÷ &  H ì  r



\  F  g# 3 0 A >   Ö ¸6   x| ¨ c à º e ” `  ¦  כ Ü ¼– Ð l @ /  ) a  . Õ ª   X

< F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í “ É r ~ à Ì} Œ •_  7 £ x‚ Ã Ì ~ ½ ÓZ O õ  › ¸| \     F  g† < Æ

&

h   ½ ™× ¼Ì “ s_  8 £ ¤& ñ   õ  B Ä º  Ø Ô>  ˜ Г ¦÷ &“ ¦ e ”  . s 

“

: rc ”  7 £ x‚ à ÌZ O  Ü ¼– Ð ] j Œ • ) a r ¼ # _   â Ä º [7] E

g

° ú כs  | 9 ™ è _

 † < Ê| ¾ Ó\     1.4 - 2.7 eV_  ° ú כ`  ¦ ˜ Ðs   H  כ Ü ¼– Ð ˜ Г ¦

÷

&% 3 Ü ¼ 9, dc Û ¼( ' a A_   â Ä º  H [8,9] ì ø ÍF K5 Å q& h “   : £ ¤$ í

`

 ¦
 ? /  H  כ Ü ¼– Ð ˜ Г ¦÷ &% 3  . ô  Ǽ #  RF Û ¼( ' a A ~ ½ Ó Z O

Ü ¼– Ð r ¼ # `  ¦ ] j Œ •½ + É  â Ä º  H 0.1 eV [10]_  B Ä º  Œ •“ É r E

g

° ú כ`  ¦ ˜ Ðs   H  â Ä ºü < 1.4 eV [11] x 9  2.8 eV [12]_  Z  }

“

É r E

g

° ú כ`  ¦
 ? /  H  כ Ü ¼– Ð ˜ Г ¦÷ &“ ¦ e ”  . | 9 ™ ès “ : rc ” 

`

 ¦ s 6   xô  Ç Y Us $  7 £ x‚ à ÌZ O  [13,14]_   â Ä º  H €  • 0.3 eV s 

_   Œ •“ É r E

g

° ú כs  ˜ Г ¦ ÷ &% 3  . Õ ªo “ ¦ s “ : rc ”   ß ¼ 7 £ x

‚ Ã

ÌZ O _   â Ä º E

g

 0“   ì ø ÍF K5 Å q& h “    â Ä º [15]ü < | 9 ™ è_ 

† <

Ê| ¾ Ó\     0.5 - 2.5 eV_  ° ú כ [16]`  ¦
 Í Ç rs  · ú ˜ 94 R e ”

 . : £ ¤ y  | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •_   â Ä º | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ós  7 £ x  | ¨ c  â Ä

º E

g

° ú כs  y Œ ™™ èô  Ç  [10, 13, 16]  H ˜ Г ¦ü < ì ø Í@ /– Ð š ¸y 



9 E

^g

° ú כs  7 £ x   ) a   [11]  H z  ´+ « >  õ  ˜ Г ¦÷ &“ ¦ e ”  .

s

 Qô  Ç   õ   H | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •_  F  g† < Æ& h  E

_g

° ú כs  r ¼ # _ 

| 9

™ è† < Ê| ¾ Ó÷  r  m   7 £ x‚ Ã Ì ~ ½ ÓZ O õ  › ¸| \ • ¸ % ò † ¾ Ó`  ¦ ~ à Î`  ¦ Ã

º e ” 6 £ §`  ¦
 ? /  H  כ Ü ¼– Ð ^  ¦ à º e ”  .   " f y © œ• ¸ : £ ¤

$ í

õ   Ö  ¦  Q F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í _   © œ& h `  ¦ — ¸¿ º  Ö ¸6   x l  0 AK 

-435-

"

f  H ´ ú §s  ƒ  ½ ¨÷ &# Q“ : r y © œ• ¸ : £ ¤$ í ÷  r  m    € ª œô  Ç › ¸| 

\

" f_  F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í ƒ  ½ ¨\  ¦ à º' Ÿ  # Œ F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í `  ¦ ] j

#

Q   H ~ ½ ÓZ O õ  Õ ª " é ¶ “   ½ ©" î s  כ ¹½ ¨  ) a  “ ¦ ^  ¦ à º e ”  .

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H í  H à º | 9 ™ è á Ô Ý ¼  ì  r0 Al \ " f < É Êƒ    



¿ `  ¦ s 6   xô  Ç RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð | 9  oò ø Í

™

è ~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • “ ¦ ~ à Ì} Œ •_  7 £ x‚ à ̛ ¸|  : £ ¤ y  l ó ø Í_  “ : r • ¸

 

 o\    É r F  g† < Æ& h  \  -t  E

^g

° ú כ_     o : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  

#

ΠE

^g

° ú כ_     o : £ ¤$ í õ  | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ó x 9  C-N   ½ + Ë : £ ¤$ í ç ß – _

  © œ› ' a› ' a > \  ¦ ƒ  ½ ¨Ù þ ¡ .

II. ÷ m Ç ] M ö U ê s 0 n É

| 9

 oò ø ͙ è(CN

^x

)~ à Ì} Œ •“ É r “ ¦Å Ò (13.56 MHz) RF  Õ ªW 1 à

ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð ] j Œ •Ù þ ¡Ü ¼ 9, Û ¼( ' a A   ¿ “ É r 50 mm t 2 £ §_  “ ¦í  H • ¸ (99.999 %) < É Êƒ   n Û ¼ß ¼ s 6   x ÷ &

%

3  .   ¿ õ  l ó ø Í s _   o   H €  • 50 mm % i Ü ¼ 9 l ó ø Í Ü

¼– Ѝ  H œ í6 £ §   [ j' ‘ l – Ð  [ j— : r õ  B jò ø Í`  ¦ 6   xÓ  o`  ¦ s 6   x K

 y Œ •y Œ • 5 ì  rm ”  [ j' ‘  ) a (100) Si J ?s ( ü < Corning 7059 Ä

»o  s 6   x ÷ &% 3  . 7 £ x‚ à ̄   œ íl  ”  / B N • ¸  H 2×10

⁻⁷

Torr



t  ' ˜ Ð* 3 á Ԗ Ð C l Ù þ ¡ .  Ö ¿ “ É r B  7 £ x‚ à ̄   €  $  15ì  r ç

ß – Ar Û ¼\  ¦ s 6   x Û ¼( ' a A # Œ ³ ð€  `  ¦ L :  F M s  Ù þ ¡Ü ¼ 9 s

 M : l ó ø ͓ É r 7 £ x‚ Ã Ì é ß –l (shutter)– Ð  9 7 £ x‚ à Ì`  ¦ ~ ½ Ót  Ù þ

¡ . s  Ê ê { 9 & ñ ô  Ç · ú š§ 4 _  | 9 ™ è ì  r0 Al  x 9  › ¸] X  ) a l  ó

ø Í_  “ : r • ¸\ " f 2 - 3r ç ß – 1 l xî ß – 7 £ x‚ à ÌÙ þ ¡ . 7 £ x‚ Ã Ì M :_  “  

„  § 4 “ É r 100 W % i Ü ¼ 9 | 9 | ¾ Ó â ì2 £ § › ¸] X l (Mass Flow Controller: MFC)\  ¦ s 6   x # Œ Û ¼( ' a A Õ þ ›! Q_  · ú š§ 4 s  50 - 150 mtorr # 3 0 A_  " é ¶   H · ú š§ 4 s  | ¨ c M :  t  í  H à º

| 9

™ è(99.999 %)Û ¼\  ¦ Ä »{ 9 r (  Ü ¼ 9, l ó ø Í_  “ : r • ¸  H þ j

“

¦ 350

^◦

C  t     or (   . ~ à Ì} Œ •_  7 £ x‚ à ÌÖ  ¦ x 9  ³ ð€  ½ ¨

›

¸  H Å Ò  „    ‰ & ³p  â (Scanning Electron Microscopy:

SEM)(S-4300)8 £ ¤& ñ Ü ¼– Ð › ¸  ÷ &% 3 Ü ¼ 9 Ä »o l ó ø Í\  7 £ x‚ à Ì

 )

a r ¼ # s  s 6   x ÷ &% 3  . r ¼ # _  › ¸$ í õ    ½ + ˽ ¨› ¸  H ~ Ã Ì }

Œ

• 7 £ x‚ Ã Ì Ê ê " l oÛ ¼‚   F  g   ì  rF  gì  r$ 3  (X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS) (ESCA 5700) © œq \  ¦ s 6   x K  8 £ ¤& ñ x 9  ì

 r$ 3 ÷ &% 3  . XPS 8 £ ¤& ñ “ É r 150 W _  Mg Kα (1256.6 eV) X-‚   ‚  " é ¶ s  s 6   x ÷ &% 3  . F  g† < Æ& h   ½ ™× ¼Ì “ s, E

_g

  H UV-VIS f

 ¨ à ºÛ ¼& 7 ˜à Ô! 3  © œu (Cary 100)\  ¦ s 6   x K  8 £ ¤& ñ  ) a È Òõ • ¸, T ü < UV-VIS-NIR ì  rF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  © œu  (Cary 5000)\  ¦ s  6

 

xô  Ç ì ø Í • ¸ 8 £ ¤& ñ   õ \  ¦ s 6   x # Œ % 3 # Qt   H f  ¨ à º> à º α

\

 ¦ s 6   x K 

(αE)

^1/2

= C(E − E

g

) (1) _

 › ' a > – РÒ'  ½ ¨ % i  . (1)d ” \ " f E  H F  g  _  \  -t  s

 9, f  ¨ à º> à º ፠ H α = − 1

d ln | 1

B (A + [A

²

+ 2BT (1 − R

2

R

₃

)]

^1/2

) | (2)

Fig. 1. The deposition rate R

d

of CN

x

films as a function of the substrate temperature T

s

.

–

Ð ³ ðr ÷ & 9 A,B   H y Œ •y Œ •

A = −(1 − R

1

)(1 − R

2

)(1 + R

₃

) (3) B = 2T (R

1

R

2

+ R

1

R

3

− 2R

1

R

2

R

3

) (4) s

 . d ” (1)\ " f d   H ~ à Ì} Œ •r ¼ # _  ¿ ºa s  9 R

1

“ É r / B N l  ü

< r ¼ #  s , R

2

  H r ¼ # õ  l ó ø Í s , R

3

  H l ó ø Íõ  / B N l

 s _  ì ø Í Ö  ¦ s  . s  M : ¿ º B | 9  a ü < b  s _  ì ø Í  Ö

 ¦ R

ab

  H y Œ •y Œ •_  Ï ã J] X Ò  ¦ n

a

ü < n

_b

\  ¦ s 6   x K  R

_ab

= (n

_b

− n

a

)

²

(n

b

+ n

a

)

²

(5) d ”

Ü ¼– РÒ'  > í ß –÷ &% 3   [17].

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý



© œ“ : r \ " f N

²

_  · ú š§ 4 `  ¦    or &  ~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ •ô  Ç \ Vq  z 

´+ « >   õ  [18] ‘ : r ƒ  ½ ¨_  z  ´+ « >› ¸| \ " f N

²

_  · ú š§ 4 s  €  • 80 mTorr s  © œ{ 9  M : ~ à Ì} Œ •s  6   x s  >  + þ A$ í ÷ &% 3  . Fig.

1“ É r N

2

_  · ú š§ 4 `  ¦ 150 mTorr – Ð { 9 & ñ >  “ ¦ l ó ø Í_  “ : r

•

¸\  ¦    or &  8 £ ¤& ñ  ) a r ¼ # _  7 £ x‚ à ÌÖ  ¦`  ¦ ˜ Ð# Œï  r  . ~ à Ì} Œ • l

ó ø Í`  ¦ \ P  t  · ú §“ É r  © œI \ " f• ¸ 7 £ x‚ à Ìr  l ó ø Í_  “ : r • ¸



 H €  • 40

^◦

C_  “ : r • ¸\  ¦
 Í Ç x . Õ ªa Ë >\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú   s

 ~ à Ì} Œ •_  7 £ x‚ à ÌÖ  ¦ R

d

  H l ó ø Í_  “ : r • ¸ 40

^◦

C \ " f 350

^◦

C

–

Ð 7 £ x † < Ê\     295 nm/h \ " f 113 nm/h – Ð y Œ ™™ è 

%

i Ü ¼ 9 s    õ   H Zeng 1 p x [19]_  z  ´+ « >  õ \ " f 7 £ x‚ à ̓ : r

•

¸ 100

^◦

C \ " f 600

^◦

C – Ð 7 £ x † < Ê\     7 £ x‚ à ÌÖ  ¦ s  280 nm/h \ " f 130 nm/h – Ð y Œ ™™ èô  Ç   H ˜ Г ¦ü < q “ §½ + É M : y

Œ ™™ èÖ  ¦_  s \  ¦ ] jü @ “ ¦ B Ä º Ä » † < Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ”  .

Fig. 2. Plots of (±E)

^1/2

vs. photon energy E used to determine the optical gap of the CN

x

films.

Fig. 3. The N/C ratios of CN

x

films as a function of the substrate temperature T

s

.

Ä

»o l ó ø Í\  ] j Œ • ) a ~ à Ì} Œ •r ¼ # _  È Òõ • ¸ü < ì ø Í • ¸ 8 £ ¤& ñ Ü

¼– Ð % 3 # Q”   f  ¨ à º> à º α\  ¦ s 6   x K  (αE)

^1/2

@ / E _  Õ ªA  á

Ô\  ¦ Õ ª 2 ;   õ  Fig. 2\ 
 
 e ”  . F  g† < Æ& h  E

_g

° ú כ

“

É r d ” (1)\    H   # Œ þ j™ è 5 p xZ O Ü ¼– Ð fitting ô  Ç Ê ê ü @¶ ú š Z O

Ü ¼– Ð % 3 % 3  . l ó ø Í_  “ : r • ¸ 40

^◦

C, 120

^◦

C, 200

^◦

C x 9  350

^◦

C { 9  M : y Œ •y Œ • 1.94 eV, 1.90 eV, 1.79 eV x 9  1.47 eV

%

i Ü ¼ 9 fitting_  Ô  ¦S X ‰ • ¸  H ± 0.02 eV % i  . l ó ø ͓ É r “ : r • ¸

 40

^◦

C \ " f 120

^◦

C – Ð 7 £ x ½ + É M :  H F  g† < Æ& h  E

_g

° ú כ“ É r   _  q 5 p wô  Ç ° ú כ`  ¦ ˜ Ð% i  . Õ ª Q
 l ó ø Í_  “ : r • ¸ ˜ Ð  7 £ x

÷ &€   E

g

° ú כs  y Œ ™™ è† < Ê`  ¦ · ú ˜ à ºe ”  . ] j Œ • ) a | 9  o~ à Ì} Œ •_  N/C_  q   H XPS 8 £ ¤& ñ   õ \  ¦  „ ½ ÓÜ ¼– Ð | 9 ™ èü < ò ø ͙ è_ 

"

é

¶  y Œ ™• ¸“   \  ¦ s 6   x K  > í ß –÷ &% 3 Ü ¼ 9, Fig. 3\  Õ ª   õ 


 
 e ”  . Fig. 3_    õ – Ð N/C_  q   H l ó ø Í_  “ : r

•

¸ 7 £ x  | ¨ c à º2 Ÿ ¤ y Œ ™™ è   H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ðs 
 ‘ : r ƒ  ½ ¨_  › ¸

|

\ " f 40

^◦

C \ " f 120

^◦

C – Ð 7 £ x ½ + É M :  H Õ ª y Œ ™™ è  © œ@ /

&

h Ü ¼– Ð & h 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ”  .l ó ø Í_  “ : r • ¸    o\    É r N/C

Fig. 4. The C1s(a) and N1s(b) XPS spectra of the CN

x

films deposited at T

s

= 120

^◦

C . The C1s(a) and N1s(b) spectra can be deconvoluted into five and three Gaussian peaks, respectively.

q

 ° ú כ_     o\  ¦ Fig. 2_  E

g

° ú כ_     oü < q “ §K  ˜ Ѐ  , E

_g

° ú כ“ É r N/C q  ° ú כs  9 þ t à º2 Ÿ ¤ ß ¼> 
 z Œ ™`  ¦ · ú ˜ à º e ” 



.

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼– Ð q & ñ | 9  ì ø ͕ ¸^ ‰_   â Ä º F  g† < Æ& h  E

_g

° ú כ“ É r Õ ª



o† < Æ& h  › ¸$ í õ    ½ + ˽ ¨› ¸\  % ò † ¾ Ó`  ¦ ´ ú §s  ~ à Î6 £ § s  · ú ˜ 94 R e ”

 . Õ ª  X < | 9  o ò ø ͙ è~ à Ì} Œ •_   â Ä º | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ó\    É r F  g

† <

Æ& h  E

_g

° ú כ_     o : £ ¤$ í “ É r B Ä º  © œì ø Í÷ &>  ˜ Г ¦÷ &“ ¦ e ” 



. Zhang 1 p x [16]“ É r ”  / B N  ß ¼ 7 £ x‚ à ÌZ O Ü ¼– Ð | 9  oò ø ͙ è ~ Ã Ì }

Œ

•`  ¦ ë ß –[ þ t  â Ä º | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ós  7 £ x  | ¨ c à º2 Ÿ ¤ E

g

° ú כs  y Œ ™™ è H † d

`

 ¦ ˜ Г ¦Ù þ ¡Ü ¼ 9, laser ablation ~ ½ ÓZ O  [13]Ü ¼– Ð ] j Œ • ) a r ¼ #  _

  â Ä º• ¸ q 5 p wô  Ç  ⠆ ¾ Ós  e ” 6 £ § s  ˜ Г ¦÷ &% 3  . | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ó s

 7 £ x  | ¨ c à º2 Ÿ ¤ E

g

° ú כs  y Œ ™™ è   H כ ¹“  Ü ¼– Ð r ¼ # _  | 9 

™

è† < Ê| ¾ Ós  7 £ x  | ¨ c à º2 Ÿ ¤ π  © œI ü < ƒ  › ' a ÷ &  H sp

²

  ½ + Ë0 l x • ¸

 7 £ x ÷ &# Q r ¼ # s  < É Êƒ   o(graphitization) [16] l  M : ë

 H s  
 7 £ x‚ à ̛ ¸| \  _ K  r ¼ # _    † < Ês  7 £ x ÷ &# Q
 


  H Á º| 9 " f´ òõ  [13]\  l “     H  כ Ü ¼– Ð [ O " î ÷ &% 3  .

s

\  ì ø ÍK  Takada 1 p x [11]“ É r  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O  Ü

¼– Ð r ¼ # `  ¦ ] j Œ •Ù þ ¡`  ¦ M : Ar-N

2

ì  r0 Al _  | 9 ™ èì  r· ú š`  ¦ 7 £ x

r &  r ¼ # _  N/C q  ° ú כ`  ¦ 7 £ x r v €   E

g

° ú כs  7 £ x  H † d

`

 ¦ ˜ Г ¦Ù þ ¡ . s    õ \  ¦ ‘ : r ƒ  ½ ¨_  Fig. 3\ 
 
 e ”   H

 

õ ü < q “ §K  ^  ¦ M : E

^g

° ú כ_     o  H N/C q  ° ú כs  9 þ t à º 2

Ÿ

¤ ß ¼> 
 è ß – “ ¦ ^  ¦ à º e ”  . | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ó\    É r  © œì ø Í

 )

a E

_g

° ú כ_     o\  ¦ [ O " î l  0 AK  | 9  oò ø ͙ è_  E

_g

° ú כ“ É r

| 9

™ è† < Ê| ¾ Ó ÷  r  m   ò ø ͙ èü < | 9 ™ è_    ½ + ˽ ¨› ¸ [16]\     y

Œ

™ô  Ç % ò † ¾ Ó`  ¦ ~ à Î`  ¦ à º e ” 6 £ § s   7 H_ ÷ &# Q š ¸“ ¦ e ”  .

]

j Œ • ) a | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •_    ½ + ˽ ¨› ¸ : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  l  0 AK  8 £ ¤& ñ ô  Ç XPS C1s ü < N1s Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s  Fig. 4 \ 
 


 e ”  . Fig. 4  H 120

^◦

C \ " f 7 £ x‚ à ̝ ) a r ¼ # \  @ /ô  Ç Û

¼& 7 ˜à Ô! 3 Ü ¼– Ð" f background_  & h ] X ô  Ç ˜ Ð& ñ Ê ê (a)C1s x 9 

Fig. 5. Dependences of the relative concentration of the C1s component intensities on the substrate temperature T

s

.

(b)N1s Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r y Œ •y Œ • 5> h x 9  3> h_  Gaussian $ í ì  r Ü ¼

–

Ð fitting r ~  ´Ã º e ” % 3  . Gaussian $ í ì  r fitting“ É r XPS



© œq ü < † < Êa  ] j/ B N ) a VG ™ èá Ôà ÔJ ?# Q(VGX900XI) s  6

 

x ÷ &% 3  . Gaussian ½ ¨$ í $ í ì  r ×  æ C5(289.4 ± 0.4 eV) ü <

N3(402.1 ± 0.5 eV)  H y Œ •y Œ • C-O   ½ + Ë x 9  N-O   ½ + Ë\  l 

“

    H  כ Ü ¼– Ð [ O " î ÷ &“ ¦ e ”   [15,19]. O1s Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ s

6   x K  Æ Ò& ñ  ) a r ¼ # _  í ß –™ è| ¾ ӓ É r €  • 6 %_  † < Ê| ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð% i  Ü

¼ 9 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸\  › ' a > \ O s   _  { 9 & ñ >  › ' a8 £ ¤ ÷ &% 3  .

| 9

 oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •_  XPS Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r C-C x 9  C-N _  0 p x ô 

Ç # Œ Q   ½ + ˽ ¨› ¸_    ½ + Ë\  -t    u l  M :ë  H \  x s  ß

¼_  : £ ¤$ í `  ¦ " î Ñ þ ˜y   € Œ • l  # Q 9î  r & h s  e ” t ë ß – þ j  H _

 ƒ  ½ ¨\  _  €   [20,21], C1(284.6 ± 0.3 eV)ü < C2(285.3

± 0.3 eV)  H y Œ •y Œ • sp

²

C-Cx 9  sp

³

C-C x s ß ¼\  l “   “ ¦, C3(286.5 ± 0.3 eV) ü < C4(287.9 ± 0.3 eV)  H y Œ •y Œ • sp

²

C-N x 9

 sp

³

C-N   ½ + Ë\  l “     H  כ Ü ¼– Ð [ O " î ÷ &“ ¦ e ”  . ¢ ¸ô  Ç N1(398.8 ± 0.3 eV) õ  N2(400.4 ± 0.3 eV)  H y Œ •y Œ • N-sp

³

C x 9

 N- sp

²

C   ½ + Ë\  l “     H  כ Ü ¼– Ð [ O " î ÷ &“ ¦ e ”  . s 



Qô  Ç [ O " î \   Ø Ô€   Fig. 5\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  7 £ x‚ à ̓ : r

•

¸ 7 £ x  | ¨ c à º2 Ÿ ¤ C1 $ í ì  r_   © œ@ /& h “   [ jl   H y Œ ™™ è 



 H ì ø ̀  , C2 $ í ì  r_   © œ@ /& h  [ jl   H 7 £ x † < Ê`  ¦ ˜ Ð# Œï  r  .

s

  H 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ 7 £ x  | ¨ c M : sp

²

C-C  ½ + ˽ ¨› ¸ sp

³

C-C _   s  7 H × ¼_    ½ + ˽ ¨› ¸– Ð    oH † d`  ¦ r  ô  Ç . ¢ ¸ô  Ç 7 £ x

‚ Ã

̓ : r • ¸ 7 £ x ÷ &€   C3x s ß ¼ ½ ¨$ í $ í ì  r“ É r 120

^◦

C s  © œ

\

" f y Œ ™™ è   H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ðs 
 C4 x s ß ¼_  ½ ¨$ í $ í ì  r“ É r 7

£

x    H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò 9 s   H 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ Z  }`  ¦ à º2 Ÿ ¤ sp

²

C-N  ½ + Ë ˜ Ð  sp

³

C-N   ½ + Ës  ¸ ú ˜ + þ A$ í H † d`  ¦ t r ô  Ç .

s

 Qô  Ç  ⠆ ¾ ӓ É r Fig. 6_  N1õ  N2 x s ß ¼_  ½ ¨$ í $ í ì  r   

 o\ " f• ¸ › ' a8 £ ¤ ÷ &“ ¦ e ”  . 7 £ ¤ 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ 120

^◦

C s  © œ{ 9  M

: 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ Z  }`  ¦ à º2 Ÿ ¤ N-sp

³

C   ½ + Ë$ í ì  r“ É r 7 £ x ÷ &“ ¦

Fig. 6. Dependences of the relative concentration of the N1s component intensities on the substrate temperature T

s

.

Fig. 7. SEM images of the CN

_x

films deposited on glass at various substrate temperatures. : (a)40

^◦

C, (b)120

◦

C, (c)200

^◦

C and (d)350

^◦

C.

N-sp

²

C   ½ + Ë$ í ì  r“ É r  © œ@ /& h Ü ¼– Ð y Œ ™™ è† < Ê`  ¦ ˜ Ð# Œï  r  . s 



Qô  Ç   õ \  ¦ Fig. 2_  E

_g

° ú כ    oü < ƒ  › ' a K  ˜ Ѐ  , 7 £ x‚ à ̓ : r

•

¸ 7 £ x ÷ &# Q sp

³

C-N   ½ + Ë$ í ì  r s  sp

²

C-N   ½ + Ë$ í ì  r ˜ Ð



  © œ@ /& h Ü ¼– Ð 7 £ x ÷ & 8 • ¸ E

^g

° ú כs  y Œ ™™ è H † d`  ¦ · ú ˜ à º e ” 



. s   H | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •_   â Ä º | 9 ™ è| ¾ Ós  7 £ x  | ¨ c M : E

^g

°

ú כs  y Œ ™™ è   H  כ “ É r sp

³

C-N   ½ + Ë$ í ì  r s   © œ@ /& h Ü ¼– Ð y Œ ™

™

è l  M :ë  H s    H [ O " î [16]õ   H  © œì ø Í÷ &  H   õ s  . ‘ : r

ƒ 

½ ¨_   â Ä º Fig. 3õ  Fig. 5_    õ – Ð Â Ò'  · ú ˜ à º e ”   H



ü < ° ú  s  7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ Z  }  | 9  à º2 Ÿ ¤ r ¼ # _  | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ós  y

Œ ™™ è Ù ¼– Ð sp

³

C-N   ½ + Ë$ í ì  r_   © œ@ /& h  ß ¼l  ˜ Ð   H | 9 

™

è_  ] X @ /& h “   † < Ê| ¾ Ó ¢ ¸  H N/C_  q  E

g

° ú כ_     o\ 



8  H % ò † ¾ Ó`  ¦ p u   H  כ Ü ¼– Ð ^  ¦ à º e ”  .

Ä

»o l ó ø Í\  7 £ x‚ à ̝ ) a r ¼ # \  @ /K  SEM Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ  ) a | 9 



oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •_  ³ ð€  ½ ¨› ¸ Fig. 7\ 
 
 e ”  . l ó ø Í

`

 ¦ \ P  t  · ú §“ É r  © œI (s  M : l ó ø Í_  “ : r • ¸  H 40

^◦

Ce ” )\ 

"

f ] j Œ • ) a r ¼ # _   â Ä º · ú ˜Ì q ts  Ó ü æ 5 g”   ß ¼ QÛ ¼'  ½ ¨› ¸

\

 ¦ ˜ Ðs  9 ß ¼Ï þ ˜s  + þ A$ í ÷ &# Q e ” 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . Õ ª Q


7

£

x‚ à ̓ : r • ¸ 120

^◦

C s  © œs  ÷ &€   ß ¼Ï þ ˜s  \ O # Qt  9, ³ ð€   s

  © œ@ /& h Ü ¼– Ð › ¸x 9  “ ¦ ç  H| 9 K f ” `  ¦ · ú ˜ à º e ”  . ° ú  “ É r › ¸

|

\ " f Si l ó ø Í\  7 £ x‚ à ̝ ) a r ¼ # _  { 9  Ò\  @ /K " f• ¸ SEM Ü

¼– Ð › ¸ ô  Ç   õ  Ä »o l ó ø Í\  ] j Œ • ) a  â Ä ºü < =  G ° ú  t   H

· ú

§€ Œ ¤Ü ¼
 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ Z  }`  ¦ à º2 Ÿ ¤ ³ ð€  ½ ¨› ¸  © œ@ /& h Ü ¼– Ð

›

¸x 9 K t   H : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò% 3  .   " f ³ ð€  ½ ¨› ¸ : £ ¤$ í

`

 ¦ † ¾ Ó © œr l  0 AK " f  H l ó ø Í_  “ : r • ¸ Z  }    † < Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ”

 . Õ ª  X < 7 £ x‚ à Ìl ó ø Í_  “ : r • ¸\  ¦ Z  } s €   | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ó_  y Œ ™

™

è– Ð E

^g

 y Œ ™™ è Ù ¼– Ð ³ ð€   : £ ¤$ í x 9  F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í † ¾ Ó © œ

`

 ¦ • ¸— ¸ l  0 AK " f  H 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸\  ¦ & h { © œô  Ç “ : r • ¸– Ð Z  } s 

÷

& r ¼ # _  | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ó`  ¦ Z  } s   H ~ ½ Óî ß –\  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨ € 9 כ ¹

† <

Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . ‘ : r ƒ  ½ ¨_    õ \  _  €   Û ¼( ' a A ~ ½ Ó Z O

Ü ¼– Ð ] j Œ • ) a r ¼ # _   â Ä º E

^g

° ú כs  q “ §& h  Z  } >  › ' a8 £ ¤ ÷ &

“

¦ N/Cq  ° ú כ ¢ ¸  H N_  † < Ê| ¾ Ӂ   o– Ð E

^g

° ú כ`  ¦ ^ ‰> & h Ü ¼– Ð { 9

› ' a$ í s  e ” >     or ~  ´ à º e ” 6 £ §`  ¦ t r ô  Ç .   " f E

^g

° ú

כ`  ¦ › ¸f ” & h Ü ¼– Ð    or v  9 ½ + ÉM : Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O s  Ä » 6

 

x >   Ö ¸6   x| ¨ c à º e ” `  ¦ כ Ü ¼– Ð ó ø Íé ß –÷ & 9 | 9 ™ è† < Ê| ¾ Ós  B  Ä

º Z  }`  ¦ M :• ¸ Ä » ô  Ç  © œ› ' a› ' a >  $ í w n ÷ &  H t   H > 5 Å q& h 

“

  ƒ  ½ ¨– Ð ½ ©" î ÷ &# Q  ô  Ç .

IV. + s Ç Â ] Ø

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð í  H à º | 9 

™

èÛ ¼ü < ò ø ͙ è   ¿ `  ¦ s 6   x # Œ | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ •

“ ¦, 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸\    É r F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í , C-N   ½ + Ë : £ ¤$ í x 9 

³

ð€  + þ A © œ : £ ¤$ í \  @ /K  ƒ  ½ ¨Ù þ ¡ . 150 mtorr _  N

₂

· ú š§ 4 

\ " f ] j Œ • ) a | 9  oò ø ͙ è ~ à Ì} Œ •“ É r 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ 40

^◦

C \ " f 350

^◦

C # 3 0 A– Ð 7 £ x  | ¨ c M : 7 £ x‚ à ÌÖ  ¦, F  g† < Æ& h  E

_g

° ú כ x 9  | 9 ™ è

† <

Ê| ¾ Ós  — ¸¿ º y Œ ™™ èÙ þ ¡Ü ¼ 9,   " f F  g† < Æ& h  E

_g

° ú כs  | 9 ™ è† < Ê

|

¾ Ós  9 þ t à º2 Ÿ ¤ ß ¼> 
 
  H  © œ› ' a› ' a >  e ” 6 £ §`  ¦ ˜ Ð# Œ Å Ò

%

3  . XPS Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  ì  r$ 3    õ   H 7 £ x‚ à ̓ : r • ¸ 7 £ x  | ¨ c  â Ä

º sp

²

C-N   ½ + Ë$ í ì  r s  y Œ ™™ è   H ì ø ̀   sp

³

C-N   ½ + Ë$ í ì  r s

 7 £ x ÷ &  H    o\  ¦ ˜ Ð# Œ Å Ò% 3  . SEM`  ¦ s 6   xô  Ç ³ ð€   + þ A



© œ› ¸    õ  7 £ x‚ à Ìr  l ó ø Í_  “ : r • ¸ Z  }`  ¦ à º2 Ÿ ¤ \ P  t 

·

ú §“ ¦ ] j Œ • ) a r ¼ # \  q K  ³ ð€  ½ ¨› ¸  © œ@ /& h Ü ¼– Ð › ¸x 9  K

t “ ¦ ç  H| 9 K f ” `  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  . : £ ¤ y  7 £ x‚ à ̓ : r • ¸\  ¦ Z  }{ 9  Ã

º2 Ÿ ¤ sp

³

C-N   ½ + Ë$ í ì  r s  7 £ x ÷ &  H : £ ¤$ í “ É r RF  Õ ªW 1à Ô



: r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð Z  }“ É r l ó ø Í_  “ : r • ¸\ " f Ø  æì  rô  Ç | 9 

™

è\  ¦ g Ë >È Òr v   H ~ ½ Óî ß –s  y © œ½ ¨÷ &€   Z  }“ É r E

g

° ú כõ  sp

³

C-N

 

½ + Ë\  _ ô  Ç “ ¦y © œ• ¸_  : £ ¤$ í `  ¦  Ö ¸6   x½ + É Ã º e ”   H 0 p x$ í s  e ”

6 £ §`  ¦ r  K  Å Ò% 3  .

P c

p 8 ý ò k >

s

  7 Hë  H“ É r 2003¸  • ¸ y © œ" é ¶ @ /† < Ɠ § † < ÆÕ ü tƒ  ½ ¨› ¸$ í q – Ð ƒ  

½

¨÷ &% 3 _ þ v m  .

Y c

p w Š à U Ø ”  ô

[1] A. Y. Liu and M. L. Cohen, Scence 245, 841 (1989).

[2] A. Y. Liu and M. L. Cohen, Phy. Rev. 41, 10727 (1990).

[3] M. L. Cohen, Science 261, 307 (1993).

[4] C. Niu, Y. Z. Lu and C. M. Lieber, Science 261, 335 (1993).

[5] H. Sj¨ ostr¨ om, S. Stafstr¨ om, M. Boman and J.- E.Sundgren, Phys. Rev. Lett. 75, 1336 (1995).

[6] E. C. Cutiongco, D. Li, Y-W. Chung and C. S. Bha- tia, J. Tribology, 118, 543 (1996).

[7] K. Ogata, J. F. D. Chubaci and F. Fujimoto, J.

Appl. Phys. 76, 3791 (1994).

[8] F. Fendrych, L. Pajasova, T. Wagner, L. Jastrabik, D. Chvostova, L. Soukup and K. Rusnak, Diamond and Relat. Mater. 8, 1711 (1999).

[9] E. Broitman, N. Hellgren, K. J¨ arrendahl, M. P. Jo- hanssen, S. Olafsson, G. Radn´ oczi, J.-E Sundgren and L. Hultman, J. Appl. Phys. 89 1184 (2001).

[10] M. A. Monclus, D. C. Cameron and A. K. M. S.

Chowdhurry, Thin Solid Film, 341, 94 (1999).

[11] N. Takada, K. Arai, S. Nitta and S. Nonomura, Appl. Surf. Sci. 113/114, 274 (1997).

[12] S. Kumar, K. S. A. Butcher and T. L. Tansley, J.

Vac. Sci. Tehnol. A14, 2687 (1996).

[13] S. Lee, S. J. Park, S.-G. Oh, W. M. Kim, J. H. Bae, B.-K. Chung and S. G. Kim, Thin Solid Film, 308- 309, 135 (1997).

[14] X. Wang and P. J. Martin, Appl. Phys. Lett, 68, 1177 (1996).

[15] Y. F. Lu, Z. M. Ren, W. D. Song and D. S. H. Chan.

J. Appl. Phys. 84, 2133 (1998).

[16] X. W. Zhang, W. Y. Cheung, N. Ke and S. P. Wong, J. Appl. Phys. 92, 1242 (2002).

[17] E. C. Freeman and W. Paul, Phys. Rev. 20, 716 (1979).

[18] H. K. Lee, unpublished.

[19] W. T. Zheng, H. Siostrom, I. Ivanov, K. Z. Xing, E.

Broitman, W. R. Salanneck, J. E. Greene and J.-E.

Sundgren, J. Vac. Sci. Technol. A 14, 2696 (1996).

[20] B. Angleraud, N. Mubumbila, P. Y. Tessier, V. Fer- nandez, G. Turban, Diamond Relat. Mater. 10, 1142 (2001).

[21] S. E. Rodil and S. Muhl, Diamond Relat. Mater. 13,

1251 (2004).

Optical Properties of CN _x Films Deposited by RF Magnetron Sputtering

H. K. Lee

^∗

and Y. H. Kim

Department of Physics, Kangwon National University,Chunchon 200-701

K. L. Jeong

Photometry and Radiation Group, Korea Research Institute of Standards and Science, Taejon 305-606 (Dated: Received 30 October 2004)

The effects of the film growth temperature, T

s

on the optical properties, the chemical bond structure and the microstructure of carbon-nitride (CN

x

) thin films deposited by using RF mag- netron sputtering in a pure N

2

discharge are reported. For a given N

2

pressure of 150 mTorr, the deposition rate R

d

, the N/C ratio, and the optical band gap, E

g

, decrease with increasing T

s

from 40

^◦

C to 350

^◦

C. Analyses of X-ray photoelectron spectroscopy spectra show that the hybridized sp

³

C-N bonding fraction increases with increasing T

s

. The surface of the films grown at high T

s

tend to be relatively smooth and homogeneous compared to the surface of the films grown at room temperature without substrate heating.

PACS numbers: 78.20.Ci, 78.40.Fy

Keywords: Carbon nitride, RF magnetron sputtering, Optical band gap, XPS

∗

E-mail: [email protected]