熱燈絲cvd

1、負襯底偏壓熱燈絲負襯底偏壓熱燈絲CVDCVD金剛石膜成核的研究金剛石膜成核的研究王萬錄廖克俊方亮王必本馮斌提要提要：本文利用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡研究了Si(100)襯底上熱燈絲金剛石膜成核過程。在240V和250mA下，在鏡面拋光的Si(100)襯底上金剛石最大成核密度超過了1010cm2。研究表明，負襯底偏壓增強成核主要是發(fā)射電子和離子轟擊的結果。關鍵詞關鍵詞：熱燈絲CVD，金剛石薄膜，成電核子發(fā)射中圖分類號中圖分類號：O48

2、4.1NucleationNucleationofofDiamondDiamondbybyBiasedBiasedHotHotFilamentFilamentChemicalChemicalVapVapDepositionDepositionWangWanluLiaoKejunFangLiangWangBibenFengBin(DepartmentofAppliedPhysicsChongqingUniversityChongqing4

3、00044，China)(Received29June1998accepted25September1998)AbstractAbstractThenucleationofdiamondfilmsonSi(100)inbiasedhotfilamentchemicalvapdepositionhasbeeninvestigatedbyscanningelectronmicroscopyatomicfcemicroscopy.Themax

4、imumvalueofdiamondnucleationdensitywastobeover1010cm2onmirrpolishedSi(100)at240V250mA.Thenucleationenhancementbythenegativebiasedsubstrateisbelievedtobearesultoftheelectronemissionionsbombardment.KeyKeywdswds:hotfilament

5、chemicalvapdepositiondiamondfilmnucleationelectronemission1引言近10多年來，低壓化學氣相沉積金剛石膜的研究取得了很大的進步，受到了人們的極大關注。這是因為金剛石膜的性質類似于天然金剛石，具有優(yōu)異的物理和化學性質。因而廣泛應用于力學、光學、電學及電子器件等方面［14］。金剛石膜的成核是獲得高質量金剛石膜最重要的一步。然而，在未處理的Si襯底上金剛石的成核密度很低，難以形成連續(xù)的薄

6、膜材料。這主要是由于金剛石與Si襯底之間存在著很大的晶格失配率和表面能差。Yugo等人［5］在金剛石膜成核過程中引入了襯底偏壓。利用襯底偏壓這種預處理的方法不僅大大地增強了成核密度，而且在未處理的鏡面拋光的硅襯底上成功地合成出了高度定向織構或局部異質外延金剛石膜［6～9］。但是，至今對負偏壓增強成核的機制仍不Fig.1Currentvoltageacteristicofnegativebiasedsubstrateatdifferent

7、gaspressure(a)3103Pa，(b)4103Pa，(c)7103Pa圖2表示金剛石膜成核的電子顯微鏡照片。襯底溫度與CH4濃度與圖1中條件相同。工作氣壓為4103Pa，成核時間35min。圖2a是負偏壓低于閾值電壓(320V)下的Si(100)表面核化情況。由圖1b可知，工作氣壓為4103Pa時，閾值電壓約為350V，因此，負偏壓為320V時，是無發(fā)射電流(偏壓電流)的。由圖2a可清楚地看出，在這個條件下，成核密度小于104

8、cm2。圖2b是在240V，200mA條件下金剛石的成核情況。其成核密度約為1010cm2。當成核密度高于1010cm2時，許多核已經連接在一起。這時用SEM觀察到的成核密度比實際情況略小。另外，二次成核也給SEM觀察帶來了困難。Fig.2SEMimagesofdiamondnucleation(a)320V0mA(b)240V200mA由以上實驗結果可知，負偏壓和發(fā)射電流對金剛石膜的成核過程有很大的影響。燈絲溫度在2000℃左右時，C