Nanodiamond seeding for thin film growth

Tutkin nanokokoisten timanttien asettumista kasvatusalustan pinnalle timanttiohutkalvojen valmistusta varten. Tutkielma esittelee nanotimanttien historiaa ja käyttökohteita kokeellisen osion ohella. Kokeiden aluksi kaupallista nanotimanttien ja veden muodostamaa liuosta laimennetaan joko vedellä tai etanolilla eri timanttikonsentraatioille. Kasvatusalusta, substraatti, kastetaan laimennettuun liuokseen, josta timantit asettuvat alustan pinnalle. Mahdollisimman pienten ja erilleen, mutta tiheästi, asettuneiden timanttien kerrosta tavoitellaan sileän reiättömän kalvon tuottamiseksi. Timanttikalvot kasvatetaan nanotimanttien muodostamasta kerroksesta kaasukasvatusmenetelmää hyödyntäen. Laimennetuista nanotimanttiliuoksista määritettiin dynaamisen valon siroamisen ja elektroforeettisen liikkuvuuden mittauksilla timanttien koko ja zeta-potentiaali, joka vaikuttaa timanttien paakkuuntumiseen liuoksessa sekä niiden vuorovaikutukseen pinnan kanssa. Liuoksia käsiteltiin ultraäänellä ja sentrifugoimalla timanttien paakkuuntumisen välttämiseksi. Asettumista puolijohtaville ja metallisille pinnoille verrattiin. Substraateille muodostuneita kerroksia tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, atomivoimamikroskoopilla ja ionisuihkuanalyysilla. Mikroskooppikuvista määritettiin timanttien koko, korkeusprofiili ja niiden määrä pinta-alaa kohti sekä arvioitiin hiilen määrä. Ionisuihkuanalyysillä määritettiin hiilen määrä. Timanttien etäisyyksiä toisiinsa tutkittiin vertaamalla oikeita mikroskooppikuvia simuloituihin kuviin ja laskemalla kuvista timanttien tiheys etäisyyden funktiona. Dynaamisen valon siroamismittauksen rajakooksi nanotimanttiliuoksissa paljastui 0.2 nm, jota pienemmillä konsentraatioilla kokomittauksen tulokset erosivat huomattavasti kuvista määritetyistä kooista. Liuoksen käsittelyllä ei ollut merkittävää vaikutusta timanttien kokoon. Pienimmät timantit 19.0 nm ja eniten timantteja pinta-alaa kohti 4.5*10^10 cm^-2 saavutettiin piisubstraatilla, joka oli kastettu 2.0 g/l timanttikonsentraatioiseen etanoliliuokseen. Metallisilla substraateilla timantit kasaantuivat huomattavasti tiiviimpään kuin puolijohtavilla substraateilla. Hiilen määrä oli luokkaa 3--8*10^15 cm^-2 ionisuihkulla tehdyn alkuaineanalyysin mukaan. Simulaatioista havaittiin, että halkaisijaltaan pienemmät timantit voivat asettua lähemmäs toisia timantteja kuin suuremmat.