n型纳米金刚石薄膜的制备与电学性能研究

发布时间：2018-04-11 04:39

  本文选题：纳米金刚石薄膜 + 磷离子注入　； 参考：《浙江工业大学》2014年硕士论文

【摘要】：CVD金刚石薄膜是集优异的力学、热学、电学、化学和光学性能于一体的材料,在各个领域中有着广泛的应用前景。磷离子注入纳米金刚石薄膜(NCD)的掺杂浓度、表面形貌、金刚石相含量和衬底的选择等对其电学性能有较大影响,对于制备高质量n型纳米金刚石薄膜十分关键。本文针对真空预退火、衬底和薄膜表面态这三个问题,对其开展了研究,获得的结果如下： (1)研究了真空预退火对磷掺杂纳米金刚石薄膜微结构与电学性能的影响。首先对本征纳米金刚石薄膜进行900℃的预退火处理,薄膜电阻率显著下降,Hall迁移率增加；当在预退火样品中注入磷离子后,薄膜电阻率进一步下降,Hall迁移率进一步增加。随着预退火温度的升高,薄膜中的非晶石墨相的有序化程度提高,氢的解析附作用增大,TPA发生解吸附。1000℃预退火下增加退火时间对薄膜的结构影响较小。XPS结果表明,预退火样品表面更容易被氧化,随着预退火从900℃增加到1000℃后,样品中的C-O键和C=O键的总含量升高,sp2含量减少,这说明薄膜内首先被氧化的是sp2C-C的悬键。这导致sp3的相对含量增加,薄膜内的金刚石相含量增加,电阻率减小。 (2)研究了石英和硅片这两种不同衬底对磷掺杂纳米金刚石薄膜微结构与电学性能的影响。结果表明,硅衬底上沉积的薄膜中含有较多的金刚石相,并且不容易被氧化。石英衬底样品的电阻率比硅衬底样品高4个数量级,两种衬底上制备的磷离子注入纳米金刚石薄膜样品都呈n型电导。石英衬底上沉积的金刚石薄膜中sp2碳含量较高,造成石英衬底样品的载流子迁移率较高。 (3)研究了不同表面态对磷离子注入纳米金刚石薄膜的微结构和电学性能的影响。结果表明,较长时间沉积的薄膜具有更完整的金刚石晶体结构,900℃退火后薄膜晶格结构更趋完整,金刚石相含量增加。生长时间较短的样品(A样品)比生长时间较长的样品(D样品)更容易氧化,它的表面含氧量较高,退火后表面含氧量继续增加。A样品的电阻率较大,Hall迁移率较大；D样品的电阻率较小,Hall迁移率很低。XPS结果表明,A样品的C1s谱图中存在288.7eV处的π-π*键,而D样品的C1s谱图中则未发现π-π*键；结果表明π-π*键有利于提高薄膜的迁移率。
[Abstract]:CVD diamond film is a kind of material with excellent mechanical, thermal, electrical, chemical and optical properties.The doping concentration, surface morphology, diamond phase content and substrate selection of phosphorus ion implanted nanocrystalline diamond films have great influence on their electrical properties, which is very important for the preparation of high quality n-type nanocrystalline diamond films.In this paper, vacuum pre-annealing, substrate and surface state of thin films are studied. The results are as follows:The effect of vacuum preannealing on the microstructure and electrical properties of phosphorus doped nanocrystalline diamond films was investigated.At first, the resistivity of intrinsic nanocrystalline diamond films was preannealed at 900 鈩，

本文编号：1734502