化學(xué)氣相沉積硼摻雜金鋼石薄膜的研究.pdf

1、金剛石具有獨特的物理化學(xué)性能，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，硼摻雜金剛石(BDD)薄膜不僅是寬禁帶的半導(dǎo)體材料，同時又具有優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，因而在電子器件與光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用具有極大潛力。
　　本文采用HFCVD的方法，以氫氣和甲烷為反應(yīng)氣體，乙硼烷作為硼摻雜源，在Mo(Re)合金基體上沉積金剛石膜，研究了硼烷甲烷比例、沉積時間對金剛石薄膜結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響。根據(jù)Mo(Re)合金箔材上生長摻硼金剛石薄膜制成場發(fā)射器件的要求，對箔材表面生長薄膜的

2、殘余應(yīng)力狀態(tài)、以及后處理工藝改善薄膜質(zhì)量、降低殘余應(yīng)力作了研究，結(jié)果表明:
　　(1)碳原子進(jìn)入Mo(Re)體心立方的晶體的間隙中造成晶格膨脹，Mo(Re)合金基體在沉積金剛石之前生成了Mo2C脆性過渡層，Re以替代式固溶體的形式存在;
　　(2)隨沉積基體溫度升高，薄膜致密度增大;當(dāng)基體溫度上升至700℃晶粒尺寸分布均勻，0.36±0.03μm，且大多呈現(xiàn)(111)面，且晶粒密度較大，達(dá)8.0/μm2。熱應(yīng)力隨沉積溫度升高

3、單調(diào)遞增，F(xiàn)WHM隨沉積溫度的升高呈現(xiàn)先增后減的趨勢;當(dāng)沉積溫度為700℃時，質(zhì)量最好，F(xiàn)WHM為14.5 cm-1。薄膜中存在2.0GPa的壓應(yīng)力。
　　(3)在氫氣氣氛中對金剛石薄膜進(jìn)行退火處理，薄膜中無定型碳、石墨成分相對含量下降37.6％，薄膜質(zhì)量有一定程度的提升;
　　(4)過氧化氫氧化處理對薄膜質(zhì)量有較大影響:薄膜中69.0％-73.0％Wt的trans-PA被氧化處理掉;內(nèi)部壓應(yīng)力得到弛豫、釋放后殘余應(yīng)力僅為0

4、.06GPa。
　　(5)當(dāng)硼碳體積比V(B2H6)/V(CH4)增加時，晶粒半徑變化呈現(xiàn)變小趨勢。少量的硼摻雜導(dǎo)致晶粒細(xì)化。當(dāng)V(B2H6)/V(CH4)高達(dá)3％時，薄膜缺陷增加，金剛石特征峰寬化，向低波數(shù)漂移，在500cm-1和1200cm-1位置出現(xiàn)了寬峰，質(zhì)量下降。
　　(6)進(jìn)氣的硼碳比V(B2H6)/V(CH4)與實際摻入金剛石結(jié)構(gòu)中的B的量存在一個閾值的關(guān)系:在V(B2H6)/V(CH4)＜3％時，薄膜的電阻率