X-ray reflectometry study of amorphous carbon thin films

ETUDE DE COUCHES MINCES DE CARBONE AMORPHE PAR REFLECTOMETRIE DES RAYONS X

E. Ech-chamikh*, I. Aboudihab, M. Azizan, A. Essafti, Y. Ijdiyaou et E. L. Ameziane

Laboratoire de Physique du Solide et des Couches Minces,

Faculté des Sciences Semlalia, Université Cadi Ayyad,

B.P. 2390, Marrakech 40000, Maroc

* Corresponding author E-mail :ech-chamikh@ucam.ac.ma

Received: 21 November 2003; revised version accepted: 26 May 2005

Abstract

In this paper, we present results of the study of some properties of amorphous carbon (a-C) thin films by X-rays reflectometry. These films are deposited, on glass substrates, by radio-frequency (RF) sputtering, from a graphite target of high purity.

For a thickness of some nanometers to some hundred nanometers, the X-ray reflection spectra present interference fringes whose angular positions are linked to the thickness and to the density of the film. These last two parameters are calculated for a-C films prepared at different values of the RF power. The deposition rate of a-C films increases with the RF power, while the films density decreases.

By noticing that the amplitude of the first descent of the reflection spectra increases with the thickness of the a-C film, we have tried to explain this behaviour by attributing this variation of amplitude to the absorption of the reflected X-rays beam by the a-C film. Thus we have been able to explicit this parameter as a function of the a-C film thickness e by a simple relationship that can be used to deduce e with a good approximation. This method of determination of e is essentially important in the case of relatively thick films (cases where the reflection spectra does not present interference fringes).

Keywords : X-rays, Reflectometry, Thin films, amorphous carbon, absorption coefficient.

Résumé

Dans ce papier, nous présentons les résultats de l’étude des propriétés de couches minces de carbone amorphe (a-C) par réflectométrie des rayons X. Ces couches sont déposées, sur des substrats de verre, par pulvérisation cathodique radiofréquence (RF) à partir d’une cible de graphite de haute pureté.

Pour des épaisseurs de l’ordre de quelques nanomètres à quelques centaines de nanomètres, les spectres de réflexion spéculaire de rayons X présentent des franges d’interférences dont les positions angulaires sont liées à l’épaisseur et à la densité de la couche. Ces deux derniers paramètres sont calculés pour différentes couches de a-C préparées avec différentes puissances RF. Plus la puissance RF augmente plus la vitesse de déposition augmente et la densité des couches diminue.

En remarquant que l’amplitude de la première descente du spectre de réflexion augmente avec l’épaisseur des couches de a-C, nous avons essayer d’expliquer ce comportement en attribuant cette variation d’amplitude à l’absorption, par la couche de a-C, du faisceau réfléchi par le substrat. Ainsi nous avons pu relier ce paramètre à l’épaisseur e de la couche de a-C par une relation simple qui peut être utilisée pour déduire e avec une bonne approximation. Cette méthode de détermination de e est essentiellement importante dans le cas de couches relativement épaisses (cas où le spectre de réflexion ne présente pas de franges d’interférences).

Mots clés : Rayons X, Réflectométrie, Couches minces, Carbone amorphe, Coefficient d’absorption.

© 2015