HFCVD金刚石多晶膜的形貌、织构和孪晶的研究

摘要

无论是应用在切割工具,光学组件或是微电子器件上,控制金刚石的结构与形貌在许多工业应用中都有着重要意义.本文利用热丝辅助化学气相沉积(HFCVD)设备研究了基体温度、气体压强和氮元素对薄膜形貌与织构的影响.通过利用SEM和XRD对薄膜的形貌与织构进行分析,得出结论如下:1.HFCVD中工艺参数对金刚石薄膜的形貌与织构有着重要影响.(1)在20~60Torr的气体压强范围内,随着基体温度的升高,生长参数Г减小.(2)在60Torr~90Torr的气体压强范围内,低压下更有利于生成晶形较好金刚石颗粒.(3)基体温度较低时,气相中氮的存在不利于形成优质的金刚石;基体温度较高时,可以得到有着{111}形貌的金刚石多晶膜.2.当生长条件使Г≥√3时,金刚石膜由正八面体颗粒组成,薄膜有着较为明显的<100>织构;当生长条件接近Г≈√3/2时,金刚石薄膜由接近立方八面体的颗粒组成,薄膜有着非常明显的<110>织构;当生长条件满足Г≤1/√3时,金刚石薄膜由{10}面围成的颗粒组成,薄膜有着<111>织构.Selection growth模型很好地解释了随机形核生成的金刚石薄膜织构的形成.3.从孪晶的角度出发对金刚石织构中最常见的<110>织构进行了解释.建立了Г=1/√3时的一阶嵌入型孪晶的几何模型,该模型与生长得到的薄膜的形貌非常吻合.