MPCVD金刚石薄膜形貌与晶向-论文.pdf

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1、丝=塑实验室科学第17卷第4期2014年8月CNl2—1352／NLAB0RAT0RYSCIENCEVo1．17No．4Aug．2014MPCVD金刚石薄膜形貌与晶向王文静，孙鑫，张红梅，李兴元，陈海良，丁喜峰(燕山大学理学院，河北秦皇岛066004)摘要：以甲烷、氢气做为气源，利用微波等离子气相沉积的方法在硅片上沉积金刚石薄膜。研究了不同浓度的甲烷对金刚石薄膜形貌和晶向的影响。结果表明：当甲烷浓度为2．44％时，金刚石薄膜晶粒尺寸小，晶形较差，晶面取向以(111)、(220)面为主；甲烷浓度为0．50％时，金刚石薄膜晶粒尺寸较大，晶粒棱角分明，晶面

2、取向以(111)面为主。关键词：金刚石(薄膜)；CVD；气源浓度；晶面取向中图分类号：TB43文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1672-4305．2014．04．005MPCVDdiamondthinfilmmorphologyandcrystalorientationWANGWen—jing，SUNXin，ZHANGHong—mei，LIXing—yuan，CHENHai—liang，DINGXi——feng(CollegeofScience，YanshanUnivercity，Qinhuangdao066004，China)A

3、bstract：DiamondfilmsweredepositedbuusingCH4／H2gassystemandsilicondwafersassubstrateinMicrowavePlasmaCVD(MPCVD)device．Diamondfilmmorphologyandthecrystalorientationwerestudiedwithdifierentmethaneconcentrationconditions．Resultsshowthatwhentheconcentrationofmethaneis2．44％，thediamon

4、dgrainsizeissmall，crystalispoor，crystalplaneorientationof(111)，(220)planebased，methaneconcentrationwas0．50％，thediamondgrainsizeislarge，crystalparticleangular，crystalorientation(111)planebased．Keywords：diamond(films)；MPCVD；methaneconcentration；crystalorientation金刚石由于各方面的优异特性备受关注

5、，而传工研磨30min，再依次放人丙酮、乙醇、去离子水中统工艺人造金刚石的造价高昂，影响了金刚石在许超声1O～15min。把处理好的Si片放人微波等离子多方面的应用。随着化学气相沉积金刚石薄膜技术体实验装置中，以甲烷和氢气为反应气体，进行金刚的不断发展，金刚石薄膜在各个方面应用已愈加广石薄膜的沉积。金刚石薄膜沉积时的工艺参数见表泛¨。微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)是1。用电子扫描显微镜测试了样品的表面形貌，型制备高质量金刚石薄膜的良好方法J。号：$3400N，生产厂家：日本日立；用x射线衍射仪研究了利用MPCVD法制备金刚石薄膜时，不测试了样

6、品的结构，型号：D／MAX2500HB+／PC，生同的气源浓度对薄膜形貌、晶体方向的影响。产厂家：Et本理学。1实验2实验结果的分析与讨论取10mm~10mm单面抛光的Si片，首先放人去实验中采用CH／H：系统，H：的流量200mL／离子水中超声10min，然后用0．5m的金刚石粉手min不变，改变CH的流量分别为5mL／min、0．5mL／min，其他参数不变(具体参数见表1的样品基金项目：秦皇岛市科学技术研究与发展计划项目(项目1#、2#)。1#、2#样品的甲烷浓度分别为2．44％、编号：NO．201101A108)。0．25％。图1为样品l#、

7、2#的SEM图。窦验室科从陶l可以看出当甲烷浓度较高时(1}}样品)，不分明，晶形较差。甲烷浓度较低时(2#样品)，薄薄膜的晶粒尺寸较小，在晶界和晶面上形成了二次膜晶粒尺寸较大，晶粒的棱角很分明，刻面很清晰，品核二次品核尺寸较大，使得晶粒棱角变得晶形很好，无二次形核。表l金刚石膜样品生长工艺参数图l不同甲烷浓度下金刚石薄膜SEM图烷的浓度过高时，原子氢的浓度就很低，对薄出”，见图2。金刚石(1l1)，(200)，(311)，膜，长过程【}J非金刚石相的刻蚀减弱，使得非金刚(400)晶面对应的20角分别为43．9。、75．2。、4i~；tt成分增加，掺

8、杂于金刚石晶体中；碳浓度的增加91．4。、119．6。，图2(a)中可以看出在1#样品中，晶也使二次形核增加