微波等离子体参数诊断及制备类金刚石膜的特性研究

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本文首先利用Langmuir单探针对微波等离子体装置反应室内的等离子体密度进行了测试及分析,并探究了等离子体密度随放电气压及微波功率的变化。结果表明:反应室中等离子体密度最均匀分布的位置Z=10mm处,即为沉积薄膜的最佳位置。此外,等离子体密度均随着放电气压和微波功率的增大而增大。接着进行了等离子体发射光谱的研究,分析了相对峰值强度随功率及放电气压变化而变化的特性,得出了H原子的巴尔末系数峰值强度与功率及放电气压的关系。当微波功率增大时,Hα、Hβ、Hγ的峰强都接近线性增加,但是各条谱线的变化幅度不同,Hα>Hβ>Hγ,而随着放电气压的增大,Hα、Hβ、Hγ的峰值强度均变小。在以上测试分析的基础上,进行了DLC薄膜的沉积。选用CH4和H2为源气体,P型Si(100)为基底。研究了不同生长条件对所沉积的DLC薄膜的表面形态以及对薄膜的其它性能的影响。通过XRD、AFM及Raman等测试表明: 1.基片的预处理对膜的形核有极大的影响,形核为薄膜生长的首要环节,并直接影响着类金刚石膜的质量。本文进行了三种预处理比较,结果表明经过金刚石微粉研磨后的基片上沉积出的类金刚石膜相当均匀致密,平整度很好,是属于质量比较好的薄膜,所以这种预处理有利于类金刚石膜的形核、生长。 2.在薄膜的沉积过程中,CH4与H2的流量比是一个重要参数。我们通过研究不同流量比0.5%、0.75%、1%和1.5%得出,在气源CH4/H2为0.75%时,沉积出来的薄膜的致密性最好,而在小于或大于这个比例时,薄膜都出现了明显的晶体缺陷。 3.在微波沉积DLC薄膜的过程中,激发反应室中气体的能量全部来自于微波。微波功率的大小直接影响了反应室中等离子体球带电基团的浓度、各种基团的比例、等离子球的形状,从而影响衬底上沉积的温度等。研究发现随着微波功率的增加,晶粒变大,互相之间的结合也变得更紧密,薄膜表面更平整。 4.在薄膜的沉积过程中,不同基片位置的等离子体密度分布的均匀性是不同的,而密度分布的均匀性必然会影响膜的沉积质量。通过研究不同基片位置Z=0mm、Z=10mm和Z=20mm的条件下沉积的薄膜,发现在Z=10mm处,等离子密度分布的均匀性、原子氢和含碳基团的活性等都处于比较适合薄膜的生长,有利于生长出质量较好的薄膜。
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