微波法大功率稳定快速沉积cvd金刚石膜

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1、微波法大功率稳定快速沉积CVD金刚石膜黄建良，汪建华(1．武汉工程大学，等离子体化学与新材料省重点实验室，湖北武汉，430073；2．中国科学院，等离子体物理研究所，安徽合肥，230031）摘要：为了提高微波等离子体化学气相沉积CVD金刚石膜的速率，通过对微波源的磁控管、装置的冷却系统及真空密封技术三方面的改进，当微波频率2.45GHz、输出有效功率为6.0kW以上时，装置能够长期稳定地运行；并在微波输入功率4.5kW、CH4质量分数1.2％、气体流量150SCCM、沉积气压9.5kPa、基片温度900±10°C、沉积时间240h的沉

2、积工艺条件下（衬底上加上-150V偏压），成功地在硅片上快速沉积出了厚度为500μm的金刚石厚膜，平均沉积速率为2.1μm/h，沉积膜的拉曼光谱和SEM照片表明沉积出金刚石膜的质量很好。关键词：金刚石膜；微波；化学气相沉积；装置；磁控管中图分类号：TB43、TP271文献标识码：ASTEADILYANDFLEETLYDEPOSITECVDDIAMONDFILMSUNDERHIGH-POWERUSINGMICROWAVEHUANGJian-liang，WANGJian-hua（1．ProvinceKeyLaboratoryofPlasm

3、aChemistryandAdvancedMaterial，WuhanUniversityofEngineering，Wuhan430073，China；2．InstituteofPlasmaPhysics，TheChineseAcademyofSciences，Hefei230031，China)Abstract：ToadvancethespeedofpreparatingCVDdiamondfilmsbymicrowaveplasmachemicalvapordeposition，adoptingimprovingmagnetro

4、nofmicrowavepowersupply、coolingsystemofapparatusaswellastechniqueonvacuumandairproof．Whenfrequencyis2.45GHzandeffectivepowerisabove6.0kW，apparatuscansteadilyrunforlong．Besideswheninputpower4.5kw、qualityfractionofCH41.2％、gasflux150SCCM、airpressure9.5kPa、temperature900±10

5、°C、depositing240h，withnegativebiasvoltage150Vonunderlay，thethicknessofdiamondfilmstriumphantlyrapidlygrownonsiliconis500μmandtheaveragespeedofdepositionis2.1μm/h．RamanspectrumandScanningelectronmicroscopy(SEM)analysesshowthatthequalityofdiamondfilmsgrownunderabovecondit

6、ionisfine．Keywords：diamondfilms；microwaveplasma；chemicalvapordeposition；apparatus；magnetron1引言众所周知，金刚石具有极高的硬度，室温下有很好的热导率、极低的热膨胀系数、高的化学惰性、大的禁带宽度、最高的声传播速率，以及从远红外光区到深紫外光区的高透明性等十分优异的性能，使得其具有广阔的应用前景。随着其薄膜制备技术的发展，金刚石膜的低温、低压化学气相沉积(CVD)得以实现，为金刚石的优越性开辟了崭新的应用领域。迄今为止，人们已开发出多种制备金刚石

7、膜的化学气相沉积法，如：热丝法[1]、直流放电法[2]、射频放电法[3]、微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法[4]等，其中微被CVD法具有综合优势[5]。中国科学院等离子体物理研究所于1994年研制成功了800W石英钟罩式MPCVD装置，又于1997年研制成功了5.0kW的不锈钢反应室MPCVD装置，但其能耦合进的最大有效微波功率不超过3.0kW，且沉积膜的速率太慢，一般为1μm/h左右，本实验室自行研制出了10kW的天线耦合不锈钢谐振腔式MPCVD装置，磁控管的微波稳定输出功率已达6.0kW以上，沉积膜的速率可达2～3μm/h

8、。收稿日期：2007-04-10作者简介：黄建良（1982－），男，湖南人，硕士研究生，从事低温等离子体技术应用研究。汪建华，男，党员，52岁，博士，教授，中科院博士生导师。联系方式：15926403540Email：h