衬底位置对大面积CVD金刚石薄膜质量的影响

采用石英钟罩式微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)设备制备了大面积金刚石薄膜,结合X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和激光喇曼(Raman)谱等实验手段,较系统地研究了衬底位置对金刚石薄膜质量的影响规律.结果表明,在等离子体球内部的空间范围内,距等离子体球中心垂直距离越远衬底上所沉积的金刚石薄膜质量越好;通过调整衬底位置,可明显改善其上不同区域所沉积的金刚石薄膜质量,最后在等离子体球边缘附近可沉积出晶粒均匀一致几乎不舍非晶碳的大面积高质量金刚石薄膜.此研究为进一步改善大面积金刚石薄膜均匀性和薄膜质量提供了一种实用的途径.     

金刚石基底上制备(002)AlN薄膜的研究

首先采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在O2/H2/CH4混合气体气氛下利用大功率微波在(100)Si片上生长出了异质外延金刚石膜,X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的表征分析结果表明,制备的金刚石膜具有很高的金刚石相纯度,且晶粒排列紧密;继而采用射频磁控反应溅射法,在抛光的金刚石基底上成功制备了高C轴择优取向的氮化铝(AlN)薄膜,研究了不同的溅射气压、靶基距对AlN薄膜制备的影响,XRD检测结果表明,溅射气压低,靶基距短,有利于AlN(002)面择优取向,相反则更有利于AlN薄膜的(103)面和(102)面择优取向;研究了AlN薄膜在以N终止的金刚石基底和纯净金刚石基底两种表面状态上的生长机制,结果发现,以N终止的金刚石基底非常有利于AlN(002)面择优取向生长;从Al-N化学键的形成以及溅射粒子平均自由程的角度,探讨了其对AlN薄膜择优取向的影响。     

金刚石高频SAW器件中关键材料的制备研究

采用热丝化学气相沉积(CVD)法制备了自支撑金刚石膜,再通过射频磁控溅射法沉积氧化锌薄膜在自支撑金刚石膜上。通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)以及原子力显微镜(AFM)测试自支撑金刚石膜的表面形貌,结果表明,自支撑金刚石膜的成核面非常光滑,粗糙度约为10 nm;拉曼光谱显示成核面在1 333 cm-1附近有尖锐的散射峰,与金刚石的sp3键相对应,非金刚石相含量很少;X-射线衍射分析(XRD)显示,沉积在自支撑金刚石膜上的氧化锌薄膜为高度的c轴择优取向生长。     

掺N类金刚石薄膜的制备及微观结构分析

采用直流磁控溅射法,在光学玻璃衬底上沉积类金刚石(DLC)和掺N类金刚石薄膜(DLC:N)。用喇曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)等研究分析了所制备薄膜的微观结构。喇曼光谱的结果表明,掺N类金刚石膜仍具有典型的类金刚石膜结构,在类金刚石薄膜中掺N不仅有助于提高膜中sp3/sp2的比例,而且还能阻止sp2键向石墨相的转化,稳定并优化薄膜的类金刚石属性。FTIR表明,薄膜中N与C原子形成了C—N、CN及C≡N等键合方式。XPS谱表明,掺N类金刚石膜中除了C和N元素外,还出现了少量的O元素,而C1s和N1s的解谱显示,掺N后的类金刚石膜中的C、N结合能发生了明显的移动,由计算得出薄膜中N的含量为13.5%。薄膜的表面形貌图(AFM)表明,在类金刚石薄膜中掺N能够改善其表面形貌。     

磁激励RF-PECVD法低温制备类金刚石薄膜及其特性

采用磁激励射频等离子体增强化学气相沉积(M-RF-PECVD)方法,室温下分别在玻璃和Si(100)衬底上制备类金刚石(DLC)薄膜,通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和Raman光谱对不同沉积条件下制备的薄膜进行表征。结果表明,在反应压强为30 Pa、入射功率为50 W、CH4/Ar=5/90、衬底温度为40℃的实验条件下,制备的含氢DLC薄膜表面平整、结构致密,膜基结合度良好,薄膜中以sp3键为主。     

掺硼金刚石薄膜电极的制备及电化学特性

通过热丝化学气相沉积(HFCVD)技术,在钽衬底上制备了p型掺硼金刚石(BDD)薄膜电极.利用原子力显微镜(AFM)分析丙酮体积分数对BDD电极的表面形貌和成膜质量的影响,利用循环伏安法(CV)分析BDD电极在不同种类、不同浓度电解液中的电化学特性.结果表明,当丙酮体积分数为1.5％时,金刚石薄膜表现出优异的附着力,并且BDD电极具有稳定的电化学特性.采用制备的BDD电极,在不同浓度的KCl和KH2PO4电解液中使用,得出电势窗口均在3.4V以上.     

类金刚石薄膜的结构和红外光学性能研究

本文用辉光放电等离子体化学气相沉积(PCVD)法在Si、Ge玻璃等基片上制备出品质较好的类金刚石薄膜。首先,用拉曼光谱和红外吸收谱研究了所制备薄膜的结构,并且研究了制备膜的光吸收和光学带隙,然后,研究了沉积有类金刚石膜Si,Ge等基片的红外透过率。     

Al2O3陶瓷上金刚石膜生长工艺优化及α粒子响应

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在氧化铝陶瓷衬底上沉积金刚石膜,并制作梳状电极的α粒子探测器.通过优化薄膜生长条件,发现酒精浓度为0.8%、沉积温度为850℃时,金刚石薄膜的介电常数最接近单晶金刚石膜,X射线衍射、喇曼光谱及扫描电子显微镜测试表明金刚石膜的质量较好.探测器的FV测试结果表明暗电流在10-8～10-7A之间,α粒子(241Am 5.5MeV)辐照下电流为10-5～10-4A.     

脉冲激光沉积类金刚石膜技术

脉冲激光沉积(PLD)技术制备类金刚石(DLC)薄膜存在着金刚石相含量较低、石墨颗粒多、薄膜与衬底附着力差、膜内应力大等技术难题,为此,研究人员研究出了多种技术措施,如通过引入背景气体、超快激光、偏压、磁场以及加热等措施提高了薄膜金刚石相含量;采用金刚石或丙酮靶材、减小单脉冲能量等措施减少了石墨颗粒;采用间歇沉积、真空退火、超快激光等措施减少了膜内应力;合理没计过渡层改善了膜与衬底间的附着力等.这些技术有力地推动了脉冲激光沉积技术的发展.     

聚合物热解制备类金刚石薄膜的表面形貌研究

类金刚石碳(DLC)薄膜由于其硬度高、杨氏模量大、介电常数高、摩擦系数低、化学惰性好、导热性能好以及生物相容性良好等优异性能而在耐磨涂层及微电子学等方面具有广阔的应用前景。传统制备类金刚石碳膜一般用化学气相沉积法和物理气相沉积法，如微波等离子体辅助沉积、磁控溅射沉积和脉冲激光沉积等，这些气相沉积技术要求设备的投资大，且难以在大而形状复杂的部件上沉积。     

热丝化学气相沉积法在CH4／H2混合气体中低温生长超薄纳米金刚石膜

用热丝化学气相沉积方法研究了低温(~550℃)和低反应气压(~7 Torr)下硅片上金刚石膜的成核和生长.成核过程中采用2.5%的CH4浓度,在经充分超声波预处理的硅片上获得了高达1.5×1011cm-2的成核密度.随CH4浓度的增加所成膜中的金刚石晶粒尺寸由亚微米转变到纳米级.成功合成了表面粗糙度小于4nm、超薄(厚度小于500nm)和晶粒尺寸小于50nm的纳米金刚石膜.膜与衬底结合牢固.膜从可见光至红外的光吸收系数小于2×104cm-1.用我们常规的HFCVD技术,在低温度和低压下可以生长出表面光滑超薄的纳米金刚石膜.     

金刚石薄膜的形成及其场发射特性研究

研究了金刚石聚晶碳膜的生长过程,以及不同生长阶段碳膜的场发射性能。通过磁控溅射法在陶瓷上镀一层金属钛作为制备碳膜的衬底,将衬底放入微波等离子体化学气相沉积腔中,经过不同的沉积时间制备出一系列的碳膜。利用SEM、Raman光谱仪、X射线衍射仪等仪器,对碳膜进行了形貌与成分分析,最后利用二极结构场发射装置,测试了碳膜的场发射性能。着重讨论了金刚石聚晶碳膜生长过程中的变化,并且对金刚石聚晶碳膜的场发射机理进行了深入研究。     

Molecular view of diamond CVD growth

In this paper, we discuss the simulation of the chemical vapor deposition (CVD) of diamond films on the molecular scale. These simulations are performed using a kinetic Monte Carlo method that combines the surface chemistry that is important to diamond growth with an atomic-scale picture of the diamond surface and its evolving atomic structure and morphology. We address the determination of surface reaction kinetics and growth conditions from experiments and reactor-scale models, and the prediction of polycrystalline film texture and morphology from the molecular-scale results. The growth rates and the concentrations of incorporated point defects as a function of substrate temperature for {100}- and {111}-oriented diamond films are obtained from the molecular-scale growth simulations. The {100} growth rates increase with temperature up to 1200K and then decrease above this value. The {111} growth rates increase with temperature at all of the temperatures studied. The concentrations of point defects in the {100} and {111} films are low at substrate temperatures below 1200K, but increase substantially at higher temperatures. The growth efficiency, measured as the ratio of film growth rate to defect concentration, is maximum between 1100–1200K for both film orientations, suggesting that this temperature range is ideal for CVD diamond growth under the simulated growth conditions.     

HFCVD金刚石薄膜的热场模拟及实验

基体温度是影响金刚石薄膜生长质量的重要因素之一.基于有限元分析法,通过AN-SYS CFX软件对基体温度场进行模拟仿真,得到基体表面温度场的分布,并分别讨论了热丝-基体距离、热丝间距、水冷系数等参数对系统温度场均匀性和一致性的影响.经仿真优化后得到的参数值分别为热丝-基体距离10 mm、热丝间距15 mm、水冷系数1 000 W/(m2·K).在此优化工艺的基础上进行热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜的实验,并采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对金刚石薄膜表面特征进行检测.结果表明:利用仿真优化后的薄膜生长参数,可以在金刚石薄膜生长区域得到比较均匀的多晶金刚石薄膜.     

硫掺杂纳米金刚石薄膜的图形化生长

利用电子增强热丝化学气相沉积(EACVD)技术,以CH4/H2/H2S/Ar为工作气体,SiO2/Si为衬底,制备了硫掺杂金刚石薄膜。研究了利用光刻技术实现薄膜的图形化生长。结果表明:以SiO2作掩模的光刻技术能够使得硫掺杂金刚石薄膜在光滑SiO2/Si基片上很好地图形化生长。Hall效应检测表明硫掺杂金刚石薄膜为n型,给出了n型金刚石/p-Si异质结的反向I-V特性曲线。     

Growth of diamond films on si(100) with and without boron nitride buffer layer

Diamond films were grown on Si(100) and boron nitride deposited Si(100) substrates using hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) technique. Microstructure and morphology of diamond films have been investigated systematically as a function of CH₄ and H₂ ratio and the ambient pressure. The deposited films were characterized by employing techniques such as scanning electron microscopy (SEM) and laser Raman spectroscopy. The average size and growth rate of diamond particles were found to increase with the CH₄ to H₂ ratio and decrease with the ambient pressure. Maximum growth rate of synthetic diamond deposited on Si(100) was found to be ∼3.5 µm/hr for the film deposited at 20 Torr with CH₄:H₂ ∼ 1.5:100 (substrate temperature ∼850°C). In most of these depositions, the morphology of the diamond crystals was cubic with significant secondary nucleation at higher methane concentrations and ambient pressure. The diamond film deposited on Si(100) with BN buffer layer shows an improvement in growth rate and the coverage, and the secondary nucleation was found to be substantially reduced, resulting in relatively smooth morphology. MicroRaman investigations show less amorphous graphite formation and better structural quality of diamond film than the one deposited without the BN buffer layer. On leave from Department of Physics University of Poona, Pune-411007 INDIA     

金刚石薄膜衬底表面预处理技术

本文介绍国内外低压合成金刚石薄膜中对衬底表面预处理的几种典型的工艺方法；探讨衬底表面预处理对低压下合成金刚石薄膜的影响。     

金刚石簿膜生长技术

本文回顾了低压合成金刚石的历史,对各种金刚石薄膜的生长方法进行了简要的对比。低压条件下金刚石处于亚稳态而石墨处于稳定相,本文重点介绍了低压条件下抑制石墨形成促进金刚石生长的关键因素。对金刚石在不同衬底上的成核状况,衬底的表面状况对成核的影响,生长过程中原子氢的作用,以及衬底温度的影响等作了概括,提出了目前阶段金刚石薄膜研究中所要解决的问题。