直喷式直流电弧等离子化学气相沉积法金刚石单晶外延层制备研究

摘要

采用非循环直流喷射(直喷式)直流电弧等离子化学气相沉积法,在Ar/H2/CH4气氛下,成功制备了金刚石单晶外延层。试验采用的是3 mm×3 mm×1.2 mm的高温高压Ib型金刚石单晶衬底。研究了不同衬底温度和甲烷浓度对金刚石单晶外延层的形貌,速率和晶体质量的影响。采用光学显微镜,激光共聚焦表征了样品的形貌,利用千分尺测量其生长速率,利用Raman表征其晶体质量,采用OES诊断Ar/H2/CH4等离子气氛下C2、CH与Hβ的相对浓度。研究表明,温度和甲烷浓度对单晶刚石形貌和质量产生了明显的影响。在衬底为温度980℃,甲烷浓度在1.5%的条件下,生长速率达到了36μm/h,并且晶体质量较好(半高宽仅为1.88 cm-1)。同时发现生长参数对金刚石单晶外延层的生长模式有着显著地影响。