本文關(guān)鍵詞：CVD同質(zhì)外延單晶金剛石的研究

  更多相關(guān)文章： 微波等離子體 化學(xué)氣相沉積 單晶金剛石 同質(zhì)外延 晶面

【摘要】：本文采用微波等離子體CVD法,在單晶金剛石襯底的(100)、(110)以及(111)晶面上分別進(jìn)行了同質(zhì)外延單晶金剛石的研究。具體研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面:1、在(100)晶面進(jìn)行同質(zhì)外延單晶金剛石研究。分析了H2/O2等離子體刻蝕的作用和機(jī)理;研究了甲烷濃度、襯底溫度和沉積氣壓對(duì)等離子體發(fā)射光譜和金剛石生長(zhǎng)的影響,以及CVD和HTHP這兩種單晶襯底對(duì)金剛石生長(zhǎng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):(100)晶面經(jīng)過(guò)等離子體刻蝕處理后,表面呈現(xiàn)倒置的四面體刻蝕坑,深而大的刻蝕坑是由于該區(qū)域位錯(cuò)拓展范圍廣;襯底溫度的變化不會(huì)影響等離子體基團(tuán)的濃度,僅僅只是改變了金剛石生長(zhǎng)過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。金剛石的生長(zhǎng)速率隨襯底溫度的升高而增加,但是溫度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)降低金剛石的質(zhì)量;C2、Hβ、Hγ和CH基團(tuán)的譜線強(qiáng)度隨甲烷濃度的提高而增加,其中C2基團(tuán)的譜線強(qiáng)度顯著增加,而Hα基團(tuán)的譜線強(qiáng)度幾乎沒(méi)有改變。含碳基團(tuán)濃度的大幅度增加直接使得金剛石的生長(zhǎng)速率加快,但是降低了金剛石的質(zhì)量;隨著氣壓的升高,等離子體中基團(tuán)的譜線強(qiáng)度都隨之增加,這使得金剛石的生長(zhǎng)速率提高而質(zhì)量卻不降低;CVD和HTHP襯底上都能夠生長(zhǎng)無(wú)色透明的單晶金剛石,但是HTHP襯底上生長(zhǎng)的單晶金剛石包含有幾個(gè)不同的微面,且容易出現(xiàn)非外延結(jié)晶,CVD襯底則不存在這些問(wèn)題。通過(guò)上述的研究,采用最佳生長(zhǎng)參數(shù),在CVD襯底上同質(zhì)外延生長(zhǎng)出了無(wú)色透明的單晶金剛石,其生長(zhǎng)速率達(dá)到25μm/h,SEM顯示表面形貌非常好,沒(méi)出現(xiàn)非外延結(jié)晶,Raman光譜表明單晶金剛石的質(zhì)量高。2、在(110)晶面進(jìn)行同質(zhì)外延單晶金剛石的研究。研究了甲烷濃度對(duì)(110)晶面生長(zhǎng)速率的影響,并將其和(100)晶面作了對(duì)比分析;研究了(110)晶面同質(zhì)外延的特點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在對(duì)等生長(zhǎng)條件下,(110)晶面生長(zhǎng)速率高于(100)晶面,這種速率差異與不同晶面的生長(zhǎng)模式密切相關(guān);(110)晶面生長(zhǎng)后呈現(xiàn)出四面體山丘形貌,這些四面體分別由(113)和(100)微面組成,沒(méi)有出現(xiàn)非外延結(jié)晶。同時(shí),Raman表明該晶面生長(zhǎng)的金剛石質(zhì)量高;在生長(zhǎng)過(guò)程中,金剛石的宏觀晶形發(fā)生了變化,四周出現(xiàn)了其它微面,而中心(110)晶面區(qū)域明顯減小,顯然(110)晶面不適合用來(lái)生長(zhǎng)大的單晶金剛石。3、在(111)晶面進(jìn)行同質(zhì)外延單晶金剛石的研究。研究了甲烷濃度、襯底溫度以及微小偏離(111)晶面一定角度的襯底面對(duì)金剛石生長(zhǎng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):高襯底溫度、高甲烷濃度條件下,金剛石呈現(xiàn)出無(wú)序的多晶生長(zhǎng),隨著溫度的降低,形貌和質(zhì)量明顯提高,在低襯底溫度下金剛石表現(xiàn)出一致的單晶生長(zhǎng),但是表面較為粗糙,進(jìn)一步降低甲烷濃度可外延生長(zhǎng)質(zhì)量高、表面平整的單晶金剛石;將部分單晶襯底面作傾斜拋光處理,獲得一個(gè)偏離(111)晶面約6o的斜面。對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),微小偏離(111)晶面的斜面襯底在高襯底溫度、高甲烷濃度條件下生長(zhǎng)出質(zhì)量較好的單晶金剛石,而生長(zhǎng)速率明顯提高。
【關(guān)鍵詞】：微波等離子體 化學(xué)氣相沉積 單晶金剛石 同質(zhì)外延 晶面
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ163
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-32
• 1.1 前言12
• 1.2 金剛石的晶體結(jié)構(gòu)12-14
• 1.3 金剛石的性能及應(yīng)用前景14-18
• 1.3.1 力學(xué)方面應(yīng)用14-15
• 1.3.2 光學(xué)方面應(yīng)用15-16
• 1.3.3 電子方面應(yīng)用16-17
• 1.3.4 聲學(xué)方面應(yīng)用17
• 1.3.5 其它領(lǐng)域應(yīng)用17-18
• 1.4 微波等離子體CVD生長(zhǎng)金剛石18-29
• 1.4.1 CVD生長(zhǎng)金剛石的過(guò)程18-20
• 1.4.2 微波等離子體CVD技術(shù)發(fā)展概況20-25
• 1.4.3 CVD單晶金剛石最近研究進(jìn)展回顧25-29
• 1.5 選題的主要意義及研究?jī)?nèi)容29-32
• 第2章 實(shí)驗(yàn)裝置及檢測(cè)手段32-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置32-34
• 2.2 檢測(cè)手段34-39
• 2.2.1 等離子體發(fā)射光譜35-36
• 2.2.2 激光拉曼光譜36-37
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡37
• 2.2.4 X射線雙晶搖擺曲線37-39
• 第3章 （100）晶面同質(zhì)外延單晶金剛石的研究39-53
• 3.1 引言39
• 3.2 單晶襯底預(yù)處理39-42
• 3.2.1 單晶襯底準(zhǔn)備39-40
• 3.2.2 單晶襯底H2/O2等離子體刻蝕分析40-42
• 3.3 生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)等離子體發(fā)射光譜和金剛石生長(zhǎng)的影響42-48
• 3.3.1 襯底溫度的影響42-44
• 3.3.2 甲烷濃度的影響44-46
• 3.3.3 沉積氣壓的影響46-48
• 3.4 種晶對(duì)同質(zhì)外延單晶金剛石的影響48-50
• 3.5 高質(zhì)量單晶金剛石生長(zhǎng)實(shí)例50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-53
• 第4章 （110）晶面同質(zhì)外延單晶金剛石的研究53-59
• 4.1 引言53
• 4.2 單晶襯底H2/O2等離子體刻蝕分析53-54
• 4.3 （110）和（100）晶面同質(zhì)外延單晶金剛石比較54-55
• 4.4 （110）晶面同質(zhì)外延的單晶金剛石形貌和質(zhì)量分析55-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第5章 （111）晶面同質(zhì)外延單晶金剛石的研究59-69
• 5.1 引言59-60
• 5.2 單晶襯底H2/O2等離子體刻蝕分析60-61
• 5.3 襯底溫度和甲烷濃度對(duì)同質(zhì)外延單晶金剛石的影響61-65
• 5.4 傾斜拋光襯底對(duì)同質(zhì)外延單晶金剛石的影響65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-69
• 第6章 全文總結(jié)和展望69-73
• 6.1 論文總結(jié)69-71
• 6.2 論文展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文79-81
• 致謝81

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