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大气等离子清洗机化学气相沉积金刚石膜实验形核研讨:
使用该工艺制取的金刚石膜是1种有着大气等离子清洗机化学气相积累能力的工艺。由于薄膜金钢石在超硬维护涂层、光窗口、热沉信息、微电子等方面都有着重要意义,因而,当人类掌握了金钢石薄膜的制取工艺,尤其是单晶金钢石薄膜的制取工艺后,依靠信息的前史就会由硅材料年代迅速进入金钢石年代。可是,有关金刚石薄膜的机理还不非常清晰,尤其是突变性外延性单晶金钢石膜,这一难点在于:低温大气等离子清洗机处于热不平衡状态,所用反应气体也是多原子分子,反应体系复杂,缺少基础资料支持。可是,经过20多年的理论和实验研究,人们不仅开发了多种方法来制取金钢石薄膜,而且通过对实验数据的分析和总结,对影响金钢石薄膜生长的因素也有了一些了解。对于多晶金钢石膜的生长,成核是关键,而影响成核的因素很多,包括等离子体条件、基质信息、温度等。
使用大气等离子清洗机化学气相沉积金钢石膜,首要要了解金钢石的成核过程,通常将其分为两个阶段:含碳量官能团抵达基材表层,然后分散到基材内部;第二阶段是抵达基材表层的碳原子在基材表层上以缺陷、金钢石子晶等为中心的成核、生长;因而,决定钻石形核的要素包括:
1.基材信息:由于形核取决于基材表层碳的饱和度和抵达核心的临界浓度,因而,基材信息的碳分散系数对形核有着重要影响。分散性系数越大,就越不易达到成核所需的临界浓度,铁、镍、钛等金属基材直接在这类信息上进行成核是非常困难的;而对于较低碳分散性系数的信息,如钨、硅等,钻石可以快速成核。
2.表层磨削:通常金钢石的形核都能通过金钢石粉末对表层磨削而推进。使用SiC,c-BN,Al2O3等信息进行的碾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材表层,起到晶种作用;二是磨削能在基材表层产生许多微小的缺陷,这些缺陷是自发形核的有利方向。碾磨信息的格点常数越接近金钢石,增强形核的效果就越好,因而,通常的碾磨信息都是用高温高压法制取的金刚石微粉。
3.大气等离子清洗机基本参数:在金钢石形核早期,由于碳向基材的分散,在基材表层形成了界面层,因而研讨指出了等离子体基本参数对界面层也有重要影响,例如,当硅基材表层沉积金钢石膜时,甲烷浓度对SiC界面层的形成有直接影响。
4.偏压增强形核:在大气等离子清洗机化学气相沉积中,基材通常都是加负偏压,也就是说,基材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层离子浓度增加。偏压太高时,由于过多离子对基材外层和前驱核的溅射,形成了捺形核,因而在偏压增强形核时,偏压的大小更合适。
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