纳米金刚石薄膜的制备

・材料・

纳米金刚石薄膜的制备3

杨保和33,崔　建,熊　瑛,陈希明,孙大智,李翠平

(天津理工大学光电信息与电子工程系,薄膜电子与通信器件天津市重点实验室,天津300191)

摘要:采用微波等离子体化学气相沉积系统,利用氢气、甲烷、氩气和氧气为前驱气体,在直径为5cm的(111)取

向镜面抛光硅衬底上沉积出高平整度纳米金刚石薄膜。利用扫描电镜、X射线衍射谱和共焦显微显微拉曼光

谱我们分析了薄膜的表面形貌和结构特征。该薄膜平均粒径约为20nm。X射线衍射谱分析表明该薄膜具有

立方相对称(111)择优取向金刚石结构。在该薄膜一阶微显微拉曼光谱中,1332cm-1附近微晶金刚石的一阶

特征拉曼峰减弱消失,可明显观测到的三个拉曼散射峰分别位于1147cm-1、1364cm-1和1538cm-1,与己报导

的纳米金刚石拉曼光谱类似。该方法可制备出粒径约为20nm粒度分布均匀致密具有较高含量的sp3键的纳

米金刚石薄膜。

关键词:纳米金刚石薄膜;微波等离子体化学气相沉积

中图分类号:O484.4 文献标识码:A 文章编号:100520086(2008)0520625203

T he fab rication of nano2di amond substrate for SA W d evice in high frequ ency and pow er

Y ANG Bao2he33,CUI Jian,XIONG Y ing,CHEN X i2ming,SUN Da2zhi,LI Cui2ping

(Dept.of Opt.Electronic Information and Electronic Engineering,Tianjin University of T echnology,Tianjin K ey

Lab.of Film Electronic&C ommunicate Devices,Tianjin300191,China)

Abstract:A novel method to nano2diam ond films is provided.Nano2diam ond film has been prepared on(111)m irror polished

Si substrate by m icrowave plasma chem ical deposition system with m ixture gases of H2,CH4,O2and Ar.C ombined SEM,

golden phase micro2pictures,XRD spectrum and micro2Raman spectrum the morphology and structure of the film are charac2

terized.It is found that the film has uniform particle size and the average size,of diam ond particles is about20nm.According

to the XRD spectrum,the film is cubic structure(111)diamond.And the only allowed Raman band in the first2order dia2

m ond spectrum near1332cm-1decreases and can′t be observed in the micro2Raman spectrum of the film.Three Raman

band near1147cm-1,1364cm-1and1538cm-1lie in the spectrum which are sim ilar to the reported nano2diam ond films.

20nm plain diam ond film with high concentration of sp3is obtained by this method.

K ey w ords:nano2diamond film;micowave plasma chemical vapor deposition

1　引　言

当今世界,电子和光电子产品正迅速朝着速度更快、体积更小、功率更高的方向发展。但是小体积、高功率的电子和光电器件由于会在小面积上产生大量的热(有时高达几个kW/ cm2)而导致出现一个极大的热通量,如果不能迅速降温散热器件就容易出现问题。金刚石具有所有物质中最高的热导率,最好的化学稳定性和抗各种辐射能力等,这使它成为具有广泛应用前景的新型薄膜功能材料[1～5]。

然而,作为实用的薄膜功能材料往往需要薄膜有很好的平整度。由于金刚石晶体生长特点是呈笋状生长,所以具有一定厚度的高平整度的微晶金刚石薄膜的制备难度很大[3]。另外,考虑到微晶金刚石的硬度和粗糙度,抛光过于昂贵和消费时间。所以也有必要探索自然生长具有光滑表面的薄膜。纳米金刚石膜致密光滑,缺陷和晶界尺度远小于微米量级,具有与金刚石微晶近似的较高的弹性模量,是非常优异的声表面波基底材料[2,4,5];另外,由于纳米金刚石的沉积方法是通过减少反应气体中刻蚀气体氢气的比重,增加反应中碳的二聚物C2,所以生长机制不同于微晶薄膜,可以制备表面平整且较厚的膜[2]。以上原因使高平整度纳米金刚石薄膜的制备成为金刚石声表面波器件研究的主要内容之一。

目前已报导的纳米金刚石膜的制备路径一方面可以通过

光电子・激光

第19卷第5期　2008年5月 Journal of Optoelectronics・Laser Vol.19No.5　May2008 3收稿日期:2006210203　修订日期:2007212218

　3　基金项目:国家自然科学基金资助项目(60576011);天津市自然基金重点资助项目(05YF J Z JC00400);天津市科技发展计划资助项目(06TXT JJC14701);天津市自然基金资助项目(05YF J M JC05300)

　33E2m ail:bhyang207@