63
第五章 綜合討論
5.
5.1 拉曼光譜與功函數的關連性
我們將 UNCD(U1~5nm)與不同大小晶粒的鑽石薄膜 A(15nm)、
B(280nm)、C(455nm)、D(1018nm)的功函數與拉曼光譜的波鋒強度做 比較。以 IG/ID的相對強度對於功函數而的關連性而言,如圖 5.1 所示,
在 U1(5nm)及 A(15nm)奈米尺度以下的鑽石晶粒中可以看見拉曼波包 的相對強度與功函數是呈現相同的趨勢變化。而當晶粒尺寸大到次微 米(sub micron)以上時(B、C、D)三個樣品,拉曼波包的相對強度 與功函數大小卻是呈現相反的趨勢變化。文獻中有提到 IG/ID 與平面 結晶石墨的大小(in plane crystalline size)相關,這樣的石墨結構在晶粒 小的鑽石薄膜中,決定了功函數的大小變化。
若我們將結晶鑽石相對強度(1333cm-1/ID)與功函數作比較,如圖 5.2 可以發現,在 B、C、D 三個樣品中,當鑽石訊號強度越強時,功 函數就越低,鑽石訊號強度與功函數呈現負相關的趨勢。
總結以上的分析,當鑽石薄膜晶粒大於約 200nm 以上時,這些位於 晶界中類石墨或非晶碳的成分都可以忽略而功函數大小則由結晶鑽 石所決定。而當晶粒大小為奈米尺度以下時,晶界中類石墨或非晶碳 的成分,變的更重要且功函數漸漸由這些成分所決定。這種功函數的 模型已經被掃瞄穿透顯微鏡(STM)的電子發射實驗對於晶界邊緣 (near crystalline edge)的實驗所證實[32]。而光電子光譜(photoemission) 對於單晶以及多晶鑽石薄膜的晶界量測也支持這樣的假設[33]。
64
0 200 400 600 800 1000 0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Grain Size(nm)
I G/I D Relative Intensity
4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2
Workfunction(eV)
0 200 400 600 800 1000 0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Grain Size(nm)
I G/I D Relative Intensity
4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2
Workfunction(eV)
圖 5.1 不同晶粒大小的 G-band 相對強度與功函數關係圖
0 200 400 600 800 1000 0
10 20 30 40 50 60
Grain Size(nm)
1332cm-1 /I DRelative Intensity
4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2
Workfunction(eV)
0 200 400 600 800 1000 0
10 20 30 40 50 60
Grain Size(nm)
1332cm-1 /I DRelative Intensity
4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2
Workfunction(eV)
圖 5.2 不同晶粒大小的 1332cm-1相對強度與功函數關係圖
65
0 200 400 600 800 1000 4.6
4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2
Grain Size(nm)
V1/I D Relative Intensity
4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2
Workfunction(eV)
圖 5.3 不同晶粒大小的 V1(1150cm-1)相對強度與功函數關係圖