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等离子体化学气相沉积金刚石膜实验形核研讨

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发布时间：

2021-04-08

等离子体化学气相沉积金刚石膜实验形核研讨：
利用该技术制备的金刚石膜是一种具有等离子体化学气相积累能力的技术。由于薄膜金刚石在超硬维护涂层、光窗口、热沉数据、微电子等方面都具有重要意义，因此，当人类掌握了金刚石薄膜的制备技术，特别是单晶金刚石薄膜的制备技术后，依靠数据的前史就会由硅材料年代迅速进入金刚石年代。但目前对等离子体化学气相沉积金刚石膜的机理尚不清楚，尤其是异质外延单晶金刚石膜，其困难之处在于：低温等离子体处于热不平衡状态，所使用的反应气体也是多原子分子，反应体系复杂，缺乏基本的数据支持。然而，经过20多年的理论和实验研究，人们不仅发展了许多等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜的技术，而且通过对实验数据的分析和总结，对影响金刚石薄膜生长的因素也有了一定的认识。对于多晶金刚石膜的生长，成核是关键，而影响成核的因素很多，包括等离子体条件、基质数据、温度等。

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利用等离子体化学气相沉积金刚石膜，首先要了解金刚石的成核过程，一般将其分为两个阶段：含碳基团到达基体表面，然后分散到基体内部；第二阶段是到达基体表面的碳原子在基体表面上以缺陷、金刚石子晶等为中心的成核、生长；因此，决定钻石形核的要素包括：1.基体数据：由于形核取决于基体表面碳的饱和度和到达核心的临界浓度，因此，基体数据的碳分散系数对形核具有重要影响。分散性系数越大，就越不易达到成核所需的临界浓度，铁、镍、钛等金属基体直接在这类数据上进行成核是非常困难的；而对于较低碳分散性系数的数据，如钨、硅等，钻石可以快速成核。2.表面磨削：一般金刚石的形核都能通过金刚石粉末对表面磨削而推进。利用SiC,c-BN,Al2O3等数据进行的研磨也能促进形核的形成。磨削能促进形核形成的机理主要有两点：一是经过磨削，金刚石微粉的碎屑留在基体表面，起到晶种作用；二是磨削能在基体表面产生许多微小的缺陷，这些缺陷是自发形核的有利方向。研磨数据的格点常数越接近金刚石，增强形核的效果就越好，因此，一般的研磨数据都是用高温高压法制备的金刚石微粉。3.等离子体参数：在金刚石形核早期，由于碳向基体的分散，在基体表面形成了界面层，因此研讨指出了等离子体参数对界面层也有重要影响，例如，当硅基体表面堆积金刚石膜时，甲烷浓度对SiC界面层的形成有直接影响。4.偏压增强形核：在微波等离子体化学气相堆积中，基体一般都是加负偏压，也就是说，基体的电位与等离子体的低电位有关。负偏压的作用是使基底表面离子浓度增加。偏压太高时，由于过多离子对基体外层和前驱核的溅射，形成了捺形核，因此在偏压增强形核时，偏压的大小更合适。