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微波等離子體化學氣相堆積試驗-形核研討

發布日期:2021-03-26 17:10 來源:http://www.kfada.com 點擊:



微波等離子體化學氣相堆積試驗-形核研討


    等離子體化學氣相堆積技能有影響的使用之一是利用該技能制備金剛石膜。因為膜狀的金剛石能夠在超硬維護涂層、光學窗口、熱沉資料、微電子等多個范疇有重要意義,因而科學家以為當人類把握金剛石膜的制備技能,特別是單晶金剛石膜的制備技能后,依賴資料的前史將從硅資料年代很快進入金剛石年代。不過目前關于等離子體化學氣相堆積金剛石膜的機理并沒有清楚,特別是異質外延單晶金剛石膜還有很大困難,其主要原因是:低溫等離子體處于熱的非平衡狀態,所用的反應氣體也是多原子分子,反應系統復雜,基礎數據缺乏??墒墙涍^20多年大量的理論和試驗研討,人們不僅發展了多種等離子體化學氣相堆積技能來制備金剛石膜,并且經過對試驗數據的分析總結,對影響金剛石膜的成長的要素有了了解。對多晶金剛石膜的成長來說,形核是要害的,而影響形核的要素又是多方面的,包含等離子體條件,基體資料和溫度等要素。

    在等離子體化學氣相堆積金剛石膜時,首先要閱歷金剛石的形核過程,而形核一般可分為兩階段:一階段是含碳基團抵達基體外表,并向基體內部分散。二階段是抵達基體外表的碳原子在在基體外表以缺點、金剛石籽晶等為中心的成核、成長。因而決定金剛石的形核要素包含:  1.基體資料:因為形核取決于基體外表碳的飽和程度以及抵達構成核心的臨界濃度,[Joflreau,P.O.Haubner, R.and Lux, B., j.Ref.Had Metals 7(4)(198):186-194]因而基體資料的碳的分散系數對形核有重要影響。分散系數越大,就越不容易到達形核所需要的臨界濃度,如鐵、鎳、鈦等金屬基體,直接在這些資料上形核就十分困難;關于碳分散系數較低的資料,如鎢、硅等,金剛石能夠快速形核。  2.基體外表研磨:一般金剛石的形核能夠經過金剛石微粉對基體外表的研磨來推動。用SiC、 c-BN、Al2O3等資料的研磨對形核也有推動作用。研磨可推動形核的機制主要有兩點:一是經過研磨,金剛石微粉的碎屑留在基體外表起晶種的作用;二是研磨能夠在基體外表產生大量的微缺點,外表缺點是自發形核的有利方位。研討標明研磨資料的晶格常數與金剛石的越挨近,增強形核的作用越好,因而一般的研磨資料是采用高溫高壓法制備的金剛石微粉。  3.等離子體參數:在金剛石形核初期,因為碳向基體內的分散會在基體的外表構成一個界面層,研討標明等離子體參數對界面層也有重要影響,如硅基體上堆積金剛石膜時,甲烷濃度對SiC界面層的生成就有直接的影響。[Williams, B.E. and Glass, m J.T., J.Mater. Res. 4(2)(1989):373-384]  4.偏壓增強形核:在微波等離子體化學氣相堆積中,基體一般是加負偏壓,即基體的電位相關于等離子體來說是低電位。負偏壓的作用是增加了基體外表附近的離子濃度。過高的偏壓會因為過多的離子對基體外表和前驅核的濺射而按捺形核,因而偏壓增強形核時偏壓的大小要適宜。
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