工艺参数对金刚石膜生长的影响

摘要

化学气相沉积(CVD)法制备的金刚石膜具备天然金刚石的诸多优异性能，在许多领域具有极好的应用前景。研究表明，CVD金刚石膜的性能受其晶面取向、晶粒大小和sp3碳含量等的影响较大，而这些结构特性都可以通过对生长条件的系统研究来调控。因此，对影响CVD金刚石膜生长的工艺条件进行深入研究十分必要。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备金刚石膜，系统研究了形核密度、碳源浓度和基片温度对金刚石膜生长的影响规律。
　　CVD金刚石膜的形核主要受形核时间和碳源浓度的影响。实验结果表明，其他条件一定时，形核密度随着形核时间的延长而增大；在相同的形核时间内，形核密度随着碳源浓度的提高而升高。在不同形核密度的样品上进行了金刚石膜的生长研究，结果表明，形核密度越高，所制备出的薄膜致密性越好，颗粒排列比较整齐，但是晶粒尺寸较小；形核密度越低，薄膜表面的颗粒尺寸越大，但是致密性比较差，有些区域内还存在孔洞和间隙，颗粒之间杂乱无序。
　　当选择比较高的甲烷浓度2％生长薄膜时，金刚石膜表面晶粒尺寸随着温度的升高而逐渐变小，薄膜表面致密性好，不存在空洞，金刚石拉曼特征峰位移不断变小，一阶半峰宽值也逐渐变小，表明薄膜非晶相逐渐较少，sp3碳含量不断提高。且在高甲烷浓度高基片温度条件下，薄膜优先选择(100)面生长，其生长速率可达6.0μm/h。
　　当甲烷浓度较低0.75%时，薄膜表面颗粒尺寸随着温度的升高而变大，金刚石拉曼特征峰的一阶半峰宽值也逐渐变小，表明在沉积过程中，高温有利于获得较高的金刚石相含量。此外，在低甲烷浓度下生长的薄膜表面呈现的晶面为(111)，随着基片温度的升高，(111)晶面的尺寸逐渐增大。

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第1章 绪论

1.1 金刚石材料结构、性能与应用

1.2 金刚石膜的形核

1.3 金刚石膜的生长

1.4 本文的主要研究内容与研究目的

第2章 实验装置及表征手段

2.1 微波等离子体化学气相沉积装置

2.1金刚石膜表征

第3章 形核密度对金刚石薄膜的表面形貌的影响

3.1形核参数对金刚石膜形核密度的影响

3.2 形核密度对金刚石膜表面形貌及生长取向的影响

3.3 本章小结

第4章 工艺参数对金刚石薄膜质量的影响

4.1 碳源浓度和基片温度对金刚石薄膜表面形貌的影响

4.2 金刚石薄膜的生长速率

4.3本章小结

第5章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢