工艺参数对金刚石膜生长的影响

• 作 者: 周祥
• 机 构: 武汉工程大学
• 出 处: 武汉工程大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 碳源浓度 生长速率 基片温度 形核密度

化学气相沉积(CVD)法制备的金刚石膜具备天然金刚石的诸多优异性能，在许多领域具有极好的应用前景。研究表明，CVD金刚石膜的性能受其晶面取向、晶粒大小和sp3碳含量等的影响较大，而这些结构特性都可以通过对生长条件的系统研究来调控。因此，对影响CVD金刚石膜生长的工艺条件进行深入研究十分必要。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备金刚石膜，系统研究了形核密度、碳源浓度和基片温度对金刚石膜生长的影响规律。CVD金刚石膜的形核主要受形核时间和碳源浓度的影响。实验结果表明，其他条件一定时，形核密度随着形核时间的延长而增大；在相同的形核时间内，形核密度随着碳源浓度的提高而升高。在不同形核密度的样品上进行了金刚石膜的生长研究，结果表明，形核密度越高，所制备出的薄膜致密性越好，颗粒排列比较整齐，但是晶粒尺寸较小；形核密度越低，薄膜表面的颗粒尺寸越大，但是致密性比较差，有些区域内还存在孔洞和间隙，颗粒之间杂乱无序。当选择比较高的甲烷浓度2%生长薄膜时，金刚石膜表面晶粒尺寸随着温度的升高而逐渐变小，薄膜表面致密性好，不存在空洞，金刚石拉曼特征峰位移不断变小，一阶半峰宽值也逐渐变小，表明薄膜非晶相逐渐较少，sp3碳含量不断提高。且在高甲烷浓度高基片温度条件下，薄膜优先选择(100)面生长，其生长速率可达6.0μm/h。当甲烷浓度较低0.75%时，薄膜表面颗粒尺寸随着温度的升高而变大，金刚石拉曼特征峰的一阶半峰宽值也逐渐变小，表明在沉积过程中，高温有利于获得较高的金刚石相含量。此外，在低甲烷浓度下生长的薄膜表面呈现的晶面为(111)，随着基片温度的升高，(111)晶面的尺寸逐渐增大。