计算机编程控制HFCVD系统与金刚石薄膜及相关材料生长的研究

摘要

为了提高金刚石薄膜的质量和生长速率,该论文结合气相化学和表面化学模拟以及原位光发射谱诊断,把金刚石生长的传统C/H体系扩展到N/C/H体系,详细研究了生长气氛中加氮对金刚石的影响,并探讨了HFCVD系统中传热与传质的机制和光发射谱反馈控制途径.并利用此HFCVD系统,在Si/C/N/H体系中成功地制备出了一种性能与金刚石同样优异的SiCN薄膜材料,以及SiCN/金刚石和金刚石/金刚石多层膜.

目录

致谢

摘要

Abstract

第一章金刚石薄膜研究进展

1.1.金刚石薄膜研究的历史和现状

1.2.金刚石薄膜的典型制备技术

1.3.金刚石薄膜的成核与生长

1.3.1.相成核

1.3.2.异质成核

1.3.3.外延生长

1.3.4.定向生长

1.4.金刚石薄膜的质量与缺陷

1.4.1.本征缺陷

1.4.2.杂质缺陷

1.4.3.缺陷生长模型

1.5.金刚石薄膜的生长机制

1.5.1.金刚石薄膜生长的先驱基团

1.5.2.金刚石薄膜生长的表面反应机制

1.6.本论文的研究目的和方法

参考文献

第二章计算机编程控制HFCVD系统

2.1.系统组成

2.2.二维空间分辨光发射谱(SROES)检测

2.3.HFCVD设备的编程控制

2.4.此HFCVD设备的特点和优点

本章小结

第三章HFCVD氮气氛下的化学基团与计算模拟

3.1.氮气对金刚石薄膜生长的影响

3.2.氮气氛下的气相化学分析和模拟

3.2.1.原子H的产生、复合与化学“自由程”

3.2.2.N2/CH4/H2气氛的气相平衡态模拟

3.2.3.N2CH4/H2的非平衡瞬态变化

3.3.表面化学和基团空间分布

3.3.1.表面反应机制

3.3.2.计算模型

本章小结

参考文献

第四章HFCVD氮气氛下原位光发射谱诊断

4.1.原位检测的重要性

4.2.原位检测技术

4.3.光发射谱理论和实验

4.4.金刚石生长气氛中加入N2的光发射谱研究

4.4.1.灯丝温度的影响

4.4.2.氮气浓度的影响

4.4.3.甲烷浓度的影响

4.4.4.衬底温度的影响

4.4.5.衬底负偏压的影响

4.4.6.反应压强的影响

4.4.7.空间分辨的光发射谱

4.4.8.光发射谱的时间演化

本章小结

参考文献

第五章SiCN薄膜和SiCN/金刚石多层膜的生长

5.1.SiCN的性质和研究现状

5.2.SiCN薄膜的制备和分析

5.3.温度对SiCN薄膜生长的影响

5.3.1.衬底温度的影响

5.3.2.热丝温度的影响

5.4.SiCN/金刚石多层膜

本章小结

参考文献

第六章金刚石多层膜的生长

6.1.二层的金刚石膜

6.2.14层的金刚石膜

6.3.逐渐上升的金刚石多层膜的生长速率

6.4.氢等离子体处理对薄膜表面的影响

6.5.薄膜表面温度的提高对生长速率的促进

参考文献

总结

论文期间的成果