甲烷与氢气的流量比在高功率下对金刚石膜生长的影响

作者：翁俊; 周程; 刘繁^*; 汪建华

来源：表面技术, 2018, 47(11): 202-209.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.11.029

• 甲烷
• 氢气
• 高微波功率
• 微波等离子体
• 化学气相沉积

目的在实验室自制的10 kW微波等离子体化学气相沉积装置中,系统分析甲烷与氢气的流量比在高功率微波等离子体环境中对金刚石膜生长的影响。方法利用等离子体发射光谱诊断分析高功率微波等离子体放电环境的特征,同时利用SEM及Raman光谱对不同沉积条件下获得的金刚石膜的形貌及质量进行表征,以确定高功率微波馈入情况下甲烷流量的调控原则。结果微波功率的提高可以有效地增加等离子体中的电子密度,产生更多活性H原子以及CH和C2等有利于金刚石膜生长的含碳气团。在保持微波功率为5000 W、氢气流量为300 mL/min、腔体气压为13 kPa和基片温度为(950±20)℃的实验条件下,当Q(CH4)/Q(H2)<1.0%时,金刚石膜中二次形核现象明显,晶粒尺寸较小;当1.0%≤Q(CH4)/Q(H2)≤2.0%时,可获得晶粒完整且质量较高的金刚石膜;当Q(CH4)/Q(H2)>2.0%,金刚石膜可获得较大的晶粒,但易产生孪晶。结论提高微波功率利于活性氢原子的产生,可更充分地活化含碳大分子气体。在本实验条件下,当1.0%≤Q(CH4)/Q(H2)≤2.0%时,所制备的金刚石膜具有较高的质量。

• 单位
  武汉工程大学