氢等离子溅射对金刚石表面结构及电化学性能的影响

发布时间：2021-03-26 06:31

　　金刚石薄膜具有诸多优异性能。研究发现氢修饰金刚石薄膜呈现p型导电性。这使得金刚石薄膜在微电子、电化学器件方面具有良好的应用前景。然而,利用氢等离子溅射对金刚石薄膜表面进行改性时,氢等离子溅射对薄膜表面的刻蚀不可避免。目前,氢等离子对金刚石薄膜刻蚀造成的形貌与相含量变化尚不清楚,同时对薄膜电极的电化学性能的影响也不明确。这极大限制了金刚石薄膜的应用。本论文利用微波等离子体化学气相沉积技术对金刚石薄膜进行了氢等离子体溅射处理,在相同工艺不同溅射时间条件下,分析刻蚀后金刚石薄膜表面形貌与相结构的变化,检测其导电性能和电化学性能,探讨了氢等离子体刻蚀对金刚石薄膜导电性能与电化学性能的影响机制。获得如下研究结果:（1）随着刻蚀时间的延长刻蚀形貌变化显著:刻蚀前期,金刚石薄膜表面出现明显的刻蚀坑、台阶和亚晶。随着刻蚀时间的增加,刻蚀使晶粒轮廓模糊,最终造成晶粒坍塌。薄膜表面粗糙度随刻蚀时间的增长先减小再逐渐增大。在本论文实验条件下刻蚀时间20 min时粗糙度最低,为0.550μm;（2）刻蚀机制与刻蚀阶段有关:刻蚀的初期,优先刻蚀主要由sp³相组成的晶粒。刻蚀后期,刻蚀集中在... 

【文章来源】：北方工业大学北京市

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

金刚石晶胞

第一章绪论2刚石薄膜的表面形貌和相结构，探究氢等离子刻蚀对金刚石薄膜导电性的影响。通过电化学检测，获得其固液界面结构，最终阐明刻蚀后金刚石薄膜表面形貌与相结构对固液界面结构及固液界面电荷传输机制的影响规律。研究对金刚石薄膜在微电子、微电化学传感器等领域的应用与探究金刚石薄膜电化学性能具有理论指导意义。1.2金刚石薄膜的制备、性能与应用1.2.1金刚石薄膜的制备金刚石是碳的同素异构体之一，呈立方晶体结构[21]。在金刚石的晶格内部，C原子以sp3杂化轨道的形式与其周围的其他原子一起构成了按正四面体方向紧密排列的C-C单键。其键角为109°28"，键长1.54，碳原子的配位数为4，是高度对称性的排列[22]。如图1-1所示，每个晶胞含有8个碳原子，在298K时，其晶格常数为3.56683[23]。金刚石属于原子晶体，每个碳原子与四面体顶角的四个碳原子形成共价键，四面体每个顶点的碳原子又同时为相邻四个正四面体所共用，从而拓展组成三维周期结构，如图1-2所示。不同晶面的晶面密度不同，晶面密度越高，碳原子间的结合力越强，因此高的晶面密度能提高材料的硬度。金刚石的{100}、{110}、{111}面晶面密度相对较高，碳原子间的结合力较强。图1-1金刚石晶胞图1-2金刚石原子排列当今制备金刚石薄膜的主流方法是化学气相沉积（CVD）法，其中热丝化学气相沉积（HFCVD）与微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）为最常用的两种方法。1）热丝化学气相沉积热丝化学气相沉积是利用灼热的钨丝，使CH4及H2在高温下分解成为化学

论文理论框架图


本文编号：3101137