PCVD寬帶隙薄膜及其化學鍵結構演變.pdf

1、本論文主要在等離子體化學氣相合成碳-硅基寬帶隙薄膜材料和合成薄膜的化學鍵結構演變及控制二個方面展開研究工作。另外，還研究了金剛石的一次和二次成核過程及對金剛石薄膜生長的影響。 在等離子體增強熱絲化學氣相沉積(PE-HFCVD)裝置上，利用HMDSO/CH4/H2三種源材料配比的控制來合成不同化學鍵結構的碳-硅基薄膜。六甲基氧二硅烷(HMDSO)同時含有碳、硅兩種元素，使用中要比硅烷和甲烷安全，但是由于其分子內同時含有氧元素，經常

2、被用作氧化硅合成的源材料，很少有人用它來得到碳化硅。我們用HMDSO/H2混合氣體，在750℃下進行薄膜沉積時，得到了納米尺度的6H晶型碳化硅，且這些晶粒被包裹在類聚合物非晶成分a-SiOxCy:H中。隨著HMDSO濃度的增大，薄膜的結晶度和表面均勻性都得到改善。高流量氫氣和HMDSO單體的使用被認為有效地促進了6H-SiC晶粒的形成。 當在上述氣相環(huán)境中引人CH4后，碳化硅的晶型會發(fā)生從6H→3C的突變。薄膜中碳元素的含量隨著

3、CH4的加入迅速增加，從而使得非晶成分從主要由Si-O、Si-C鍵構成的a-SiOxCy:H演變?yōu)橐詓p2/sp3C-C鍵為主要的a-C:H。 發(fā)射光譜診斷表明，HMDSO和CH4的增加，導致氣相中碳氫粒子濃度的提高，與薄膜含碳量的增加相一致。但由于HMDSO分子同時含有碳、硅兩種元素，所以增加CH4濃度能更有效提高薄膜的含碳量。 我們利用不同大小的金剛石顆粒溶液對硅基片進行超聲處理以提高金剛石一次成核密度。用40μm顆

4、粒溶液處理的硅片成核效果最好，后續(xù)生長得到的薄膜致密且平整。通過柵網輔助負偏壓增強成核方法進行的一次成核實驗表明，當硅片事先經過氫等離子體處理后，便能有效成核并生長出良好的微米金剛石薄膜。 隨著在CH4/H2氣源里不斷摻入Ar氣而相應減少H2的比例，金剛石生長過程中的二次成核增強，并在Ar氣達90％后，得到了典型的納米金剛石薄膜。在生長過程中，持續(xù)使用負偏壓也得到了良好的二次成核效果，但生長速度過緩。為了提高生長速度，我們改用了