TÉCNICAS EXPERIMENTALES
49 tos(Fig 2.9(a)) Además si en el material se encuentran zonas con distin-
2.2.5 Espectroscopia Rarnan
Principios básicos de la técnica Raman
El análisis llaman se basa en el proceso de dispersión llaman. Cuando un fotón incide sobre el material puede interaccionar inelástícamente comí los modos de vibración o fonones de’ la red. Parte de la energía del fotón es al sorbicla por un fonón de la red. obteniéndosc’ un fotón resultante cjue t.ien’ sim enerixía Ef desplazada cíe la energía inicial E, en una c’anticlad pr<)porcio- mml a la frecuencia <leí fonóíí 9 . lo cíne se conoce como desplazamiento de
St’okes. Tanmbíemi es posible el í~ro<’eso contrario en el que el fotón al.)50rl)C un formón, dando lugar a un fotón final que tiene la energía inicial E,- an— nemit ada en la (‘ant] dad que correponde a la frecuencia del foxión absorbido d espía z ann ent o ant i— St okes . E st os pm’()(‘esos sc’ realizan de acuer lo con las
Técnicas experimentales 51
leyes de conservación de momento y energía:
Ef=E1±hQ
kf
= k~ +hqEn los espectros Raman se representa la intensidad de la luz en función del desplazamiento en frecuencias que sufre la luz incidente al ser dispersada
por los fonones de la red. La teoría completa de la dispersión Raman
es compleja ya que las líneas detectadas llevan asociadas bandas debidas a interacciones no lineales entre la radiación incidente y la red y debido a la participación de muchos fonones. Los fonones detectados mediante el análisis Raman dependen a su vez, de la orientación que presente el cristal. Estas reglas se rompen para materiales policristalinos, mostrándose en el espectro Raman el grado de desorden cristalino respecto del material monocristalino, principalmente debido al aumento de la semianchura de las bandas Raman.
Las técnicas de deposición de diamante a partir de fase vapor utilizan me- tano u otros hidrocarburos diluidos en hidrógeno. Las proporciones típicas de metano son del 1 % a una presión de 30 Torr. Las temperaturas del subs- trato no sobrepasan los 1000-1200 FC. Las variaciones de estos parámetros originan la formación de estructuras denominandas grafíticas. El grafito contiene enlaces sp2 mientras que el diamante sólo enlaces sp3. Estas dos configuraciones enlazantes tienen espectros vibracionales asociados distin- tos, que son detectados mediante la espectroscopia Raman. Mediante el análisis Raman se pueden, en efecto, establecer la proporción entre ambos enlaces en las láminas de diamante, corregida para la sección eficaz de cada enlace. Mediante la técnica de microRaman la información que se obtiene es
además muy localizada, pudiendose distinguir regiones con mayor o menor fracción de diamante en una muestra.
Entre las líneas y bandas detectadas en espectros Raman de láminas de ‘y.
diamante se distinguen varias características:
4..
(i)1332 cm~m que se ajusta a una muy estrecha lorentziana y se asocia al enlace sp3 o lo que es lo mismo, a la presencia de diamante.
(ii)1580 cm”’~, se trata de una banda ancha asociada al grafito.
(iii)1550
cm”’,también conocida como la banda D, asociada a grafito mm-4
crocristalino.
(iv) Bandas con máximos en 1360 y 1550 cm”’~~ asociadas a la formación de
carbono amorfo durante el crecimiento de la película.
La forma de estas bandas puede variar debido a la presencia de defectos así como a la dispersión a través de granos y fronteras de grano de la lámina.
49.
Obtención de espectros de microflaman (pR)
Para obtener espectros Raman de zonas localizadas de las muestras se utiliza un sistema como el de la Figura 2.11, que corresponde a un microscopio Raman comercial Renishaw-2000. En este sistema, se coloca la muestra en un microscopio óptico, que permite localizar las zonas de interés. El microscopio permite cambiar el camino óptico de modo que se puede obtener la imagen de la muestra en el tubo de rayos catódicos o bien la imagen del haz del láser enfocado. Una línea seleccionada del láser incide en la muestra, en nuestro caso es la línea 632.8 nm de un láser de HeNe. La luz dispersada es monocromada y recogida por un detector formado por una matriz de fotodiodos. Los datos son enviados al ordenador, en el que queda registrado el espectro Raman.
Técnicas experimentales 53 ORDENADOR RED DIFRACCION MICROSCOPIO OPTICO DETECTOR IR 1 2 LASER MUESTRA
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Cátodoluminiscencia de Mininas de diamante 57
En este capítulo se exponen y discuten los resultados de catodoluminis- cenca, espectroscopia Raman,
y
fotoluminíscencia relativos a láminas dediamante sin tratamientos posteriores a su crecimiento.
Las secciones se organizan en dos grupos principales: láminas CVD y láminas llama. En las muestras estudiadas en estas secciones se han rea- lizado medidas de catodoluminiscencia y de Raman. En algunas muestras las medidas de fotoluminiscencia completan el estudio de las emisiones ca- racterizadas mediante la CL. Dentro de cada sección se presenta un bloque de resultados y otro de discusión de los mismos. Los apartados del blo- que de discusión se organizan de forma paralela a los de la exposición de resultados.
También se ha caracterizado en las dos primeras secciones de este capitulo la morfología de las láminas —tamaño de grano y hábito cristalino— y su relación con los parámetros de crecimiento.