氮等离子体对金刚石薄膜的影响研究

发布时间：2018-02-22 23:39

  本文关键词： 氮气 微波等离子体 化学气相沉积 纳米金刚石薄膜 超纳米金刚石薄膜　出处：《武汉工程大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：CVD金刚石薄膜的优异性能使得其在众多领域都受到极大重视,国内外研究学者对金刚石薄膜的制备方法也进行大量研究。在众多制备金刚石薄膜的方法中,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法公认为是制备高质量、高纯度金刚石薄膜的首选方法。大量前期调研表明,N_2在生长金刚石薄膜时能够改变金刚石薄膜的结构和特性,因此本研究采用韩国Woosinent公司的R2.0-MPCVD设备研究了氮等离子体对金刚石薄膜的影响,主要工作如下:1.探讨了预处理方式和形核温度对形核的影响。表面研磨法是目前最常用的预处理方法,通过该方法处理的Si片上会留下细微均匀的划痕,形成高能形核点,能够提高金刚石在此处的形核密度,并且残留的纳米级金刚石粉末可以作为形核的籽晶;与此同时,将形核温度控制在800~900℃,能提高形核密度、控制石墨相含量。2.系统地研究了低浓度N_2对金刚石薄膜的影响。SEM,Raman,XRD等表征手段的结果表明:随着N_2浓度的增加薄膜中金刚石的晶粒尺寸反而逐渐降低;2%的N_2有利于(100)晶面的显露;当N_2浓度为6%时,金刚石相和石墨相的生长都存在受阻现象,甚至不能连续生长成膜。3.开展了高浓度N_2对金刚石薄膜的影响研究。结果表明,高浓度N_2能进一步细化金刚石晶粒,甚至在N_2浓度为90%时出现了超纳米金刚石薄膜,但是金刚石的晶粒尺寸与N_2浓度并不是呈线性关系,表现出先减小后增大的规律,在N_2浓度为90%时金刚石的晶粒尺寸最小,仅为10nm。4.研究了高浓度N_2对金刚石薄膜电学性能的影响。实验结果显示,高浓度N_2可以影响金刚石薄膜的阻抗,随着浓度增加,薄膜的阻抗先减小后增大,当N_2浓度为85%时,薄膜的阻抗降到最低。本论文通过研究了低浓度和高浓度N_2对金刚石薄膜的影响,可以得出以下结论:N_2浓度逐渐增加时,薄膜中金刚石的晶粒尺寸整体呈现出减小的趋势;在低浓度N_2情况下,金刚石晶粒尺寸在几十纳米时,在SEM照片中可以辨别晶面取向,主要以(111)面和(400)面混杂为主,仅在N_2浓度为2%时,大部分金刚石晶面为(400)面;在高浓度N_2情况下,金刚石的晶粒结构发生变化,从颗粒状变为针尖状,最后变为“菜花”状;并且高浓度N_2下沉积的金刚石薄膜的阻抗会出现明显下降,在N_2浓度为85%时,阻抗降至最低。
[Abstract]:The excellent properties of CVD diamond films make them receive great attention in many fields, and many researchers at home and abroad have also done a lot of research on the preparation methods of diamond films. Microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) method is recognized as the preferred method for the preparation of high quality and high purity diamond films. Therefore, the effect of nitrogen plasma on diamond films was studied by R2.0-MPCVD equipment of Woosinent Company in Korea. The main work is as follows: 1. The effects of pretreatment method and nucleation temperature on nucleation are discussed. Surface grinding method is the most commonly used pretreatment method at present. The silicon wafer treated by this method will leave fine and uniform scratches and form high energy nucleation points. The nucleation density of diamond can be increased, and the residual nanocrystalline diamond powder can be used as a seed for nucleation. At the same time, the nucleation temperature can be controlled at 800 ~ 900 鈩，

本文编号：1525597