本文選題：微波等離子體 + 化學(xué)氣相沉積��； 參考：《武漢工程大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：CVD金剛石膜具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能,在多個領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。目前,微波等離子體化學(xué)氣相沉積方法以眾多優(yōu)點被認為是制備高質(zhì)量高取向CVD金剛石膜的首選方法。本論文在實驗室前期研究的基礎(chǔ)上,利用韓國Woosinent公司R2.0-MPCVD裝置以及實驗室自制的10k W-MPCVD裝置,系統(tǒng)研究了各項工藝參數(shù)對高取向金剛石膜的沉積研究,并對10k W圓柱形多模腔式MPCVD裝置進行了合理的改進,使其符合沉積高質(zhì)量取向CVD金剛石膜的要求。本論文具體工作如下:1、在韓國Woosinent公司R2.0-MPCVD裝置上,系統(tǒng)研究了形核密度與氫等離子體處理對制備高取向金剛石膜的影響。發(fā)現(xiàn)在合適的工藝參數(shù)條件下,金剛石薄膜的表面形貌表現(xiàn)出很好的致密度和結(jié)晶度。隨著沉積時間的延長,形核密度較高的金剛石膜也可獲得111取向,形核密度較低的金剛石膜可獲得偏向于110生長的取向且二次形核率相對較低。同時在沉積氣壓和基片溫度較低的情況下,進行氫等離子體處理得到的晶粒明顯增,明顯改善金剛石薄膜的質(zhì)量。2、在實驗室自制的10k W新型MPCVD裝置上系統(tǒng)研究了基片溫度與甲烷濃度對微米級金剛石膜表面形貌可控性生長的影響。通過實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)在當(dāng)基片溫度一定時,甲烷濃度的變化可能會對金剛石膜的取向,質(zhì)量,形核密度和生長速率等產(chǎn)生重大影響。在溫度一定的情況下,甲烷濃度越高金剛石膜的生長由111取向向100取向轉(zhuǎn)變。金剛石膜的質(zhì)量隨著甲烷濃度的降低而逐漸升高。在甲烷濃度為2.0%前提下,從780℃到940℃表面形貌差別不大,這種現(xiàn)象表明在甲烷濃度適中時,金剛石膜的表面形貌對基片溫度并不敏感。同時這種現(xiàn)象也表明,在中等濃度的甲烷濃度下,制備高取向金剛石膜的工藝參數(shù)有較寬的選擇范圍。3、根據(jù)實驗中遇到的實際問題,對現(xiàn)有的10k W-MPCVD裝置進行了改進。具體對天線結(jié)構(gòu),水冷系統(tǒng)以及腔體內(nèi)的氣流分布進行了合理的改進。首先將難于加工的喇叭型結(jié)構(gòu)改成了垂直型結(jié)構(gòu)獲得了穩(wěn)定的大尺寸等離子體球。其次對裝置的水冷系統(tǒng)進行了改進,對水冷基片臺進行了分區(qū)域水冷,使基片臺中央?yún)^(qū)域至邊緣區(qū)域的水冷效果逐漸降低,從而使基片上獲得更為均勻的溫度分布。最后對腔體內(nèi)的氣體流向進行了改進,使反應(yīng)氣體能更多的流經(jīng)等離子體區(qū),提高反應(yīng)氣體的利用效率。通過上述研究,掌握了在該新型10k W-MPCVD裝置上各個工藝參數(shù)對CVD金剛石膜的沉積的一般規(guī)律,為高取向高質(zhì)量CVD金剛石膜的制備提供了很好的實驗基礎(chǔ)。同時,通過對裝置進行進一步改進并成功放電。為深入研究高質(zhì)量高取向金剛石膜提供了新的優(yōu)秀平臺。
[Abstract]:CVD diamond films have excellent physical and chemical properties and have broad application prospects in many fields. At present, microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) is considered to be the preferred method for the preparation of high quality and high orientation CVD diamond films with many advantages. Based on the previous research in laboratory, the deposition of highly oriented diamond films by various process parameters has been studied systematically by using the R2.0-MPCVD device of Woosinent Company of Korea and the 10k W-MPCVD device made by the laboratory. The 10kW cylindrical multimode cavity MPCVD device is improved to meet the requirements of high quality oriented CVD diamond film deposition. The effects of nucleation density and hydrogen plasma treatment on the preparation of highly oriented diamond films have been systematically studied in the R2.0-MPCVD plant of Woosinent Company, South Korea. It is found that the surface morphology of diamond films shows good density and crystallinity under the appropriate technological parameters. With the increase of deposition time, the diamond films with higher nucleation density can also obtain 111 orientations, and the diamond films with lower nucleation density can obtain the orientation which is inclined to 110 growth and the secondary nucleation rate is relatively low. At the same time, under the condition of low deposition pressure and substrate temperature, the grains obtained by hydrogen plasma treatment increased obviously. The effect of substrate temperature and methane concentration on the controllable growth of diamond film surface morphology was studied in a new 10kW MPCVD device. The experimental results show that the change of methane concentration may have a significant effect on the orientation, mass, nucleation density and growth rate of diamond films when the substrate temperature is fixed. At the same temperature, the growth of diamond films with higher methane concentration changes from 111 orientations to 100 orientations. The quality of diamond film increases with the decrease of methane concentration. When methane concentration is 2.0%, the surface morphology of diamond film is not sensitive to substrate temperature when methane concentration is 2.0%, which indicates that the surface morphology of diamond film is not sensitive to substrate temperature when methane concentration is moderate. At the same time, this phenomenon also shows that the process parameters of preparing highly oriented diamond films have a wide range of selection at medium concentration of methane. According to the practical problems encountered in the experiment, the existing 10k W-MPCVD device has been improved. The antenna structure, water cooling system and airflow distribution in the cavity are improved reasonably. Firstly, the loudspeaker structure, which is difficult to be machined, is changed into a vertical structure to obtain a stable large size plasma sphere. Secondly, the water cooling system of the device is improved, and the water cooling system of the water cooled substrate is divided into different regions, so that the water cooling effect from the central area to the edge area of the substrate is gradually reduced, and a more uniform temperature distribution is obtained on the substrate. Finally, the flow direction of the gas in the cavity is improved, so that the reactive gas can flow more through the plasma region and improve the utilization efficiency of the reaction gas. Through the above research, we have mastered the general law of the deposition of CVD diamond films by various technological parameters on the new 10k W-MPCVD device, which provides a good experimental basis for the preparation of CVD diamond films with high orientation and high quality. At the same time, the device is further improved and successfully discharged. It provides a new excellent platform for the further study of high quality and high orientation diamond films.
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ163;TB383.2

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本文編號：1785310