衬底负偏压增强金刚石成核机制的研究进展

综述了近几年来对衬底负偏压增强金刚石成核机制的研究,并且对各种机制进行了分析和讨论,提出了今后有待研究的问题。     

极板负偏压对类金刚石薄膜性质的影响

用射频－直流辉光放电系统制备类金刚石薄膜，研究了极板负偏压（Ｖ）对类金刚薄膜性质的影响。结果表明，类金刚石薄膜的性质明显依赖于极板负偏压，在所研究的范围（－３００－９００Ｖ）内，随Ｖ绝对值的增加，薄膜的折射率，消光系数，生长速率，及硬度增加，电阻率下降，Ｖ的变化使膜中Ｈ一及ｓｐ＾３／ｓｐ＾２的比例发生变化，从而使膜的性质发生变化。     

CVD金刚石薄膜的成核机理研究

利用热丝化学气相沉积 ,在预沉积无定形碳的硅镜面基底及表面研磨预处理的铜基底上 ,实现了金刚石薄膜的沉积 ,并由此讨论了金刚石的成核机理。研究表明 ,无定形碳是金刚石成核的前驱态 ;成核密度不仅与基底材料有关 ,更主要由基底的表面状态决定 ,基底表面状态的设计是改善成核密度的最有效的方法。     

CVD金刚石薄膜的成核机制

已有许多有效的方法来提高ＣＶＤ金刚石薄膜的成核密度，但成核机理仍有很多问题，本文简要介绍作者在这方面的一些工作。     

正偏压控制CVD金刚石薄膜成核的理论研究

本文从理论上研究了等离子体ＣＶＤ金刚石薄膜过程中的衬底正偏压增强金刚石成核效应，给出了增强成核强度与正偏压和沉积参数的关系，理论较好地描述了实验现象。     

偏压对金刚石薄膜选择性成核和生长影响的研究

利用偏压增强MPCVD法成功地实现了金刚石薄膜在附有SiO2掩膜图形的镜面抛光的Si(100)上的选择性织构生长,列举了最佳偏压成核与选择性生长条件,SEM和Raman光谱对所得样品进行了表征,并对偏压对选择性成核和生长的影响机制进行了探讨.     

CVD法生长金刚石薄膜中基片表面形貌对成核密度的影响

本文首次提出用分形理论研究CVD方法生长金刚石薄膜中基片表面形貌对成核密度的影响,发现:成核密度n与基片表面分形维数D之间存在一定关系;在D介于2～3时,n有峰值存存。     

射频负偏压对沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

在不同的射频负偏压作用下,利用微波电子回旋共振(ECR)等离子体源化学气相沉积技术在单晶硅表面进行制备类金刚石薄膜研究.利用傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)和原子力显微镜(ARM)对薄膜的结构成分和形貌进行了分析表征,同时对所制备的薄膜摩擦系数进行了测试.结果表明:所制备的薄膜具有典型的含H类金刚石结构特征,薄膜结构致密均匀、表面粗糙度小.随着负偏压的增大,红外光谱中2800 cm-1～3000 cm-1波段的C-H伸缩振动吸收峰的强度先升高后降低,在射频功率为50 W时达到最大,所对应的薄膜摩擦系数是先降低再升高,在射频功率为50 W时达到最小.     

偏压对MPCVD金刚石薄膜织构生长的影响

通过偏压激波等离子体化学气相沉积法（ＭＰＣＶＤ）成功地在Ｓｉ（１００）上生长出具有（１００）织构的金刚石薄膜。阐述了实验过程,讨论了偏压对（１００）织构金石薄膜成核与生长条件的影响,偏压有助于成核密度的提高和有利于（１００）织构生长,采用ＳＥＭ、Ｒａｍａｎ光谱等对所得榈进行了表征。     

直流负偏压对类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用直流-射频-等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石薄膜，采用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱、红外光谱、表面轮廓仪和纳米压痕仪考察了直流负偏压对类金刚石薄膜表面形貌、微观结构、沉积速率和硬度等性能的影响。结果表明：无直流负偏压条件下，薄膜呈现有机类聚合结构，具有较低的SP3含量和硬度；叠加上直流负偏压后，薄膜具有典型的类金刚石结构特征，SP3含量和硬度得到了显著的提高；但随着直流负偏压的升高，薄膜的沉积速率和H含量逐渐降低，而SP3含量和硬度在直流负偏压为200V时出现最大值，此后逐渐降低。     

CVD金则石薄膜的成核机理研究

利用热丝化学气相沉积，在预觉 无定形碳的硅镜面基底及表面研磨预处理的铜基底上，实现了金刚石膜的沉积，并由此讨论了金刚石的成核机理。研究表明，无定形碳是金刚石成核的前驱态；成核密度不仅与基底材料有关，更主要由基底的表面状态决定，基底表面状态的设计进改善成核密度的最有效的方法。     

纳米粉预处理的CVD金刚石薄膜成核与生长研究

研究了纳米金刚石粉预处理的光滑硅衬底上CVD金刚石薄膜的成核与生长．通过与研磨处理样品相比较,纳米金刚石的预处理极大地提高了成核密度（可达10⁹／cm²）、成核速度与成膜质量,并能方便地进行成核密度的控制,是一种经济实用、简单有效的预处理方法．     

CVD金刚石成核的最新研究

研究了化学气相条件下金刚石在非均匀研磨硅基底表面及镜面基底和均匀研磨基底边缘及角域处的成核行为。发现ＣＶＤ金刚石成核不仅依赖于沉积区缺陷，更主要由缺陷的锐度决定，即缺陷加强ＣＶＤ金刚石成核的锐度效应。在对无序碳上ＣＶＤ金刚石成核研究的基础上，讨论了ＣＶＤ金刚石成核的机理，并由此阐明了各种表面预处理及负偏压等增强ＣＶＤ金刚石成核的微观过程。     

硬质合金YG8上金刚石薄膜的成核研究

利用调节基底表面碳流量的方法促进了丝ＣＶＤ中硬质合金ＹＧ８上金刚石薄膜的成核，使成核期大为缩短，根据扫描电镜和拉曼光谱对沉积结果的分析，研究了ＹＧ８上金刚石薄膜成核的机理。     

CVD金刚石薄膜取向生长研究现状

单晶衬底上外延生长金刚石薄膜一直是ＶＣＤ金刚石技术领域的重要研究方向之一,近年来这方面的研究取得了长足的进步。回顾了金刚石取向膜的研究史,介绍了提高金刚石膜取向度的方法和目前对金刚石取向膜生长过程,生长机理研究取得的进展及金刚石取向膜具有独特优异性能的实验研究。     

低偏压下化学气相沉积金刚石薄膜的生长形貌研究

在微波等离子体化学气相沉积装置中，研究了偏压电压、甲烷浓度及沉积气压对金刚石晶形显露的影响。实验结果表明，生长时施加低的衬底偏压对金刚石的晶形显露有较大的影响，正的偏压有利于(111)面显露，负偏压有利于(100)面显露。在低偏压条件下生长时，低的沉积气压和甲烷浓度有利于(111)面显露；而高的气压和甲烷浓度有利于(100)面显露。过高的甲烷浓度将恶化金刚石质量，出现菜花状组织，无明显的晶面显露。     

负衬底偏压对碳纳米管生长的影响

利用负衬底偏压增强热灯丝化学气相沉系统制备了碳纳米管，用扫描电子显微镜研究了碳纳米管的生长，结果表明碳纳米管的生长随着负衬底偏压的增大先增强，然后减弱，并且出现了部分准直的碳纳米管，分析和讨论了负衬底偏压对碳纳米管生长的影响。     

热灯丝CVD法金刚石膜负偏压增强核化机制的研究

利用扫描电镜、原子力显微镜、Ｒａｍａｎ谱和红外吸收谱研究了在衬底负偏压和电极偏压下热灯丝ＶＣＤ金刚石膜核化增强的机制。在两种负偏压下,Ｓｉ（１００）上在－３００Ｖ和２５０ｍＡ时最大核密度分别达到了１０＾１０ｃｍ＾－２和１０＾１１ｃｍ＾－２。研究表明产生于石墨支架和电极上金刚石涂层的电子激发了等离子体,并通过红外吸收谱探测发现等离子体的出现极大地增强了化学基深度。实验结果还表明,正离子对衬底的轰击和     

原子氢在纳米金刚石薄膜生长中的作用

探索了原子氢在各类制备条件下对纳米金刚石薄膜生长所起的作用,指出贫氢环境并不是纳米金刚石薄膜制备的必备条件,原子氢与Ar在贫氢环境和富氢环境中的作用机理不尽相同.通过施加衬底偏压能促进氢离子的产生,氢离子刻蚀sp²碳的能力比刻蚀sp³碳能力强很多,同时能产生表面缺陷,因而富原子氢环境更有利于纳米金刚石薄膜成核与生长.