微波等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜

微波等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜 • 由图可看出，随着 微波功率、基片温 度的降低．金刚石 颗粒也变小了．而 且形成了连续的金 刚石薄膜。由于实 验参数的不同．所 以样品4#的颗粒比 3#更小，且更均匀 。
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• • • • • • • 三、结论 采用乙醇和氢气作为工作气体．利用微渡等 离子体化学气相沉积法在Si基片上况积了金刚石 薄膜。通过实验对比得出研磨基片对金刚石形棱 起关键作用．通过扫描电子显微镜(SEM)观察了 薄膜的表面形貌．通过x射线衍射(XRD)分析r 薄膜的成分组成。
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• 二、结果与讨论 • 2.1薄膜的形貌 • 1#和2#样品都是在微波功率750 W，基片温 度600，沉积时问8 h的相同参数情况下沉积出求 的薄膜。图2是沉积前米做预处理的样品1#的 SEM图．图3是用0.3um～0.5um金刚石微粉研磨 15 min，并用酒精超声清洗15 min后的样品2#的 SEM图。由图可看出．显然样品l#上面投有沉积 出任何东西，只能看到沉积时残留的酒精疟迹。 而样品2#沉积出了金刚石颗粒，很多小颗粒聚
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微波等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜 • 图4和图5分别是样 品3#和4#的SEMl目。 样品3#足在微波功率 700 W，基片温度550 ，沉积时间5 .5 h的条 件下完成的。样品4#的 沉积条件是：微波功率 600 W．基片温度450 ，沉积时间8 h。
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• 量激励将工作物质激发到等离子体态从而引发化 学反应生成固体，具有沉积温度低、能耗低、无 污染等优点，因此等离子体化学气相沉积法得到 了广泛的应用化学气相沉积是使几种气体(多数场 合为2种)在高温下发生热化学反应而生成固体的 反应。化学气相沉积法制备金刚石薄膜有多种方 法，有热丝法(HFCVD)，等离子体炬法(PTCVD) ，射频等离子体法(RFCVD)，微波等离子体法 (MPCVD)。
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• 集在一起形成一十球形的大的半径1um左右有的 颗粒。虽然没有形成连续的膜，但比较样品1#可 以得m结论：在沉积参数完全相同的情况下，研 磨对促进金剐石形桉起着至戈重要的作用。根据 成棱理论．成棱是在摹片袁面的缺陷位置，所以 基片表面必须有足够的徽缺陷才能沉积出多晶金 刚石薄膜，过于光滑的表面(像样品1#)是很 • 难使金刚石成核的。
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2011 机电学院 周宗志
微波等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜
• • 引言 金刚石薄膜具有非常优异的物理、化学性质 ，如高导热率、高硬度、低摩擦系数、良好的光 学透射性、化学稳定性以及较高的半导体掺杂性 ，使得金刚石在机加工、微电子、光学等许多领 域有着广阔的应用前景。 • 金刚石薄膜的制备通常可分为物理气相沉积 (PVD)和化学气相沉积(CVD)。等离子体化学气相 沉积是通过能量激励将工作物质激发到等离子体 态从而引发化学等离子体化学气相沉积是通过能
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本实验采用JSM一70 00F型扫描电子显微镜 (SEM)观察了薄膜样品的袁面形貌。在xR口 表面形貌。。在xRD6000型x射线衍 (XRD)仪E使用波长^一 仪上使用波长0.15406 nm的Cu靶Ka辐射线对薄 nm的Cu靶辐射线膜样品进行 • 品进行了XRD测试。 • • • • • •
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• 沉积。通过金刚石微粉对基体表面的研磨可以促 进盘剐石的形枝．其促进形棱的机制主要有2点： • 1)通过研磨，盒刚石微粉的碎屑留在基体表 面起品种的作用，2)研磨可以在基体表面产生大 2) 量的微缺陷，表面缺陷是自发形棱的高能有利位 置。研究表明研磨材料的晶格常数与金刚石的越 接近，增强形核的效果越好，崮此通常的研磨材 料是采用高温高压法制备的金刚石徽粉。
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• 相对而言，等离子体炬法沉积由于人们对其 沉积过程缺乏有效的控制，金刚石薄膜的质量一 般较差。而热丝法因热丝的蒸发导致金刚石薄膜 中溶有热丝金属，致使金刚石薄膜的质量下降。 微波等离子体法采用微波能激励产生等离子体， 这一无极放电形式对等离子体无污染，因而用该 方法可以制备高质量的金刚石薄膜。
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• 一、实验 • 本实验采用MPCVD方法来完成。其装置(图 1)利用频率为2．45 GHz的微波激励乙醇和氢气 成为等离子体状态，活性基团在基体Si表面发生 Si 化学反应，生成固态物沉积在基片上，就得到了 金刚石薄膜。 • 由于Si与盒剐石之问存在较大的晶格失配率 和表面能差，所以通常条件下Si上的金刚石成核 密度很低。车实验采取引人金刚石晶籽（用0 .3um-0.5um的金刚石徽粉研磨)来实现金刚石的