MPCVD法中氮气对单晶金刚石生长机理影响的探究北大核心CSCD

在微波等离子体化学气相沉积法同质外延生长单晶金刚石的过程中添加不同浓度的氮气,利用发射光谱、拉曼光谱等测试手段探究不同浓度氮气对等离子体以及单晶金刚石生长质量和速率的影响,通过分析等离子体内部基团强度的变化探究添加氮气对单晶金刚石生长机理的影响。探究发现:氮气的添加对于等离子体内基团的种类并没有明显改变,但随着氮气浓度的升高,CN基团的基团强度具有明显升高的趋势,C2基团的基团强度不断降低,单晶金刚石的生长速率不断提高。氮气并不是通过提高甲烷的离解度来产生更多的C2基团从而促进单晶金刚石的生长,而是作为一种催化剂加快单了晶金刚石表面的化学反应。当氮气浓度低于0.5%时,单晶金刚石的生长速率提高幅度较大且生长质量良好。但当氮气浓度超过0.8%时,单晶金刚石的生长速率逐渐趋近于饱和,且非金刚石相不断增多,生长质量不断降低,因而通入氮气的最佳浓度应该低于0.5%。     

MPCVD同质外延单晶金刚石研究进展

微波等离子体化学气相沉积法(Microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)外延单晶金刚石被认为是制备大尺寸、高质量的单晶金刚石极具前景的技术手段之一。本文首先对MPCVD同质外延单晶金刚石生长机理及最新进展做了简要介绍,然后着重阐述了MPCVD法制备大尺寸、高质量单晶金刚石在籽晶筛选与预处理、基台结构设计及生长工艺探索等方面的工作,并对MPCVD高品质单晶金刚石在力学、热学、光学及电子学等领域的应用进行了介绍,对未来单晶金刚石的应用前景进行了展望。     

利用发射光谱探究CO2对MPCVD法生长单晶金刚石质量的影响

等离子体发射光谱作为一种非侵入性等离子体诊断手段能有效探测等离子体内部基团的变化信息,对这些信息的分析可以反映等离子体的特性,从而有助于探究影响单晶金刚石生长结果的原因和机理。CO₂是一种比O2更安全的气体,近年来在源气体引入CO₂生长高质量单晶金刚石的研究日渐增多。本文利用微波等离子体化学气相沉积法在4.2 kW的微波功率下进行单晶金刚石同质外延生长实验,对生长过程中的CH4/H2/CO₂等离子体进行了发射光谱诊断,最后结合光谱信息和拉曼光谱表征研究了CO₂体积分数对单晶金刚石生长质量的影响,结果发现CO₂浓度增加对C2和CH基团强度抑制作用明显,对C2抑制作用最强,这也是导致生长速率下降的主要原因。I(CH)/I(Hα)比值略有增加,说明CO₂增加对金刚石前驱物的沉积有促进作用,这在一定程度上减弱了对生长速率的不利影响。拉曼表征结果说明0～5%CO₂浓度下的单晶金刚石质量随CO₂浓度上升变好,且浓度为5%时,...     

低浓度氮气对单晶金刚石生长质量的影响北大核心CSCD

利用微波等离子体化学气相沉积法在CH_4/H_2反应气体中引入不同低浓度氮气条件下,研究氮气对单晶金刚石生长质量的影响。利用发射光谱、拉曼光谱以及扫描电子显微镜对单晶金刚石质量进行表征。结果表明:随着气源中氮气浓度的增加,单晶金刚石增长速率随之增加,表面多晶缺陷得到抑制,且Raman光谱法测得一阶特征拉曼峰随着氮气浓度的提高而向高波数移动,呈现出压应力,整体质量变差。经过退火过程之后,引入氮原子的单晶金刚石生长拉应力得到释放,样品呈现出拉应力。     

MPCVD法中氮气对单晶金刚石生长机理影响的探究

在微波等离子体化学气相沉积法同质外延生长单晶金刚石的过程中添加不同浓度的氮气,利用发射光谱、拉曼光谱等测试手段探究不同浓度氮气对等离子体以及单晶金刚石生长质量和速率的影响,通过分析等离子体内部基团强度的变化探究添加氮气对单晶金刚石生长机理的影响。探究发现:氮气的添加对于等离子体内基团的种类并没有明显改变,但随着氮气浓度的升高,CN基团的基团强度具有明显升高的趋势,C₂基团的基团强度不断降低,单晶金刚石的生长速率不断提高。氮气并不是通过提高甲烷的离解度来产生更多的C₂基团从而促进单晶金刚石的生长,而是作为一种催化剂加快单了晶金刚石表面的化学反应。当氮气浓度低于0.5%时,单晶金刚石的生长速率提高幅度较大且生长质量良好。但当氮气浓度超过0.8%时,单晶金刚石的生长速率逐渐趋近于饱和,且非金刚石相不断增多,生长质量不断降低,因而通入氮气的最佳浓度应该低于0.5%。     

氧碳比对MPCVD法同质外延单晶金刚石的影响

以Ib型(100)取向高温高压(HPHT)单晶金刚石为基底、H2-CH4-CO2混合气为反应气源,利用10kW、2.45GHz不锈钢谐振腔式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置进行金刚石同质外延生长。通过光学显微镜表征外延生长金刚石的表面形貌;Raman光谱表征金刚石的结晶质量;螺旋测微仪测厚再计算生长速率,着重探讨工艺因素中氧碳比对同质外延金刚石生长速率、表面形貌、金刚石结晶质量的影响。结果表明随着氧碳比的增加,金刚石生长模式由二维形核模式转变为台阶流模式,结晶质量提高,生长速率变慢;在微波功率7.8kW、CH4浓度(与H2的比例)8%、气压18kPa、基底温度1080℃条件下,氧碳比为0.8时,金刚石结晶质量好且生长速率高(达16μm/h)。反应气源中引入合适比例的CO2是获得高的生长速率同时有效改善同质外延单晶金刚石结晶质量的有效方法。     

原子层外延法生长金刚石

原子层外延生长(ALE)最初被设想为生长半导体化合物的一种方法,生长层具有大面积的非凡均匀性,层面厚度能被精确控制。当应用于金刚石时,ALE不仅仍保持上述特性,而且致力于解决悬挂碳键/石墨夹杂物问题。     

微波等离子体制备类金刚石薄膜进展

随着对材料需求的日渐增长，在材料表面沉积性能优异的薄膜以提高材料的使用性能成为一种趋势。类金刚石薄膜具有高硬度、强的耐腐蚀性能、低摩擦因数、良好的耐磨损性等优势，在工业制造领域受到越来越多的关注。介绍了电子回旋共振等离子体源和表面波等离子体源的原理及在制备DLC薄膜中的应用，分析了沉积过程中影响DLC薄膜性能的主要因素，指出了目前存在的问题，总结了微波等离子体源能够产生大面积的高密度等离子体，且无电极污染等优势，为促进高性能DLC薄膜的制备和应用提供参考。     

等离子体聚集装置下的高能量密度单晶金刚石快速生长研究

单晶金刚石是一种性能优异的晶体材料,在先进科学领域具有重要的应用价值。在微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)单晶金刚石生长中,如何提高晶体的生长速率一直是研究者们关注的重点问题之一,而采用高能量密度的等离子体是提高单晶金刚石生长速率的有效手段。在本研究中,首先通过磁流体动力学(Magnetohydrodynamic,MHD)模型仿真计算,优化设计了特殊的等离子体聚集装置;随后基于模拟结果进行生长实验,采用光谱分析和等离子体成像对等离子体性状进行了研究,制备了单晶金刚石生长样品;并通过光学显微镜、拉曼光谱对生长样品进行测试。模拟结果显示,聚集条件下的核心电场和电子密度是普通条件下的3倍;生长实验结果显示,在常规的微波功率(3500W)、生长气压(18kPa)下得到的高能量密度(793.7 W/cm3)的等离子体与模型计算结果吻合。高能量密度生长条件并不会对生长形貌产生较大影响,但加入一定量氮气能够显著改变生长形貌,并对晶体质量产生影响。采用这种方法,成功制备了高速率(97.5μm/h)单晶金刚石。不...     

类金刚石薄膜的反应离子刻蚀

为了刻蚀出图形完整、侧壁陡直、失真度小、独立的类金刚石薄膜微器件,反应离子刻蚀是一种有效地刻蚀方法。研究了氧气与氩气的混合气体进行类金刚石薄膜刻蚀的主要工艺参数(刻蚀时间、有无掩膜、氩氧体积混合比、负偏压)。研究结果表明:在相同条件下,刻蚀速率随刻蚀时间变化不大;有无掩膜对刻蚀速率无明显影响;流量一定时,刻蚀速率随氩氧体积比的增大而降低,随负偏压的增大先增大后减小。实验得到最佳刻蚀条件,在此条件下,刻蚀出图形完整、侧壁陡直、失真度小的微器件,并成功制备出"独立"的微齿轮,进行了组装。     

射频等离子体发射光谱分析在分子束外延GaN生长中的应用

研究了射频等离子体辅助分子束外延生长GaN晶膜中氮等离子体的发射光谱。用非接触式测量方法———光谱法测定了等离子体特性。讨论了分子束外延生长系统参数的变化与等离子体发光光谱变化之间的联系 ,薄膜生长与等离子体内活性粒子之间的关系     

GaN基异质外延生长的ZnO单晶电输运特性研究

报道了一种新方法生长的ZnO单晶的电输运特性,利用该方法在GaN外延膜表面生长了尺寸为25 mm×25 mm,平均厚度7 mm的ZnO单晶块。通过研究ZnO单晶不同深度处的电输运特性,判断了ZnO单晶内部不同位置的结晶质量。以GaN表面为起始面,沿[0002]方向,随着距GaN表面距离的增加,常温下的ZnO单晶载流子浓度从1.28×10¹⁹降到4.00×10¹⁷ cm^-3,载流子迁移率从64.9升至144 cm²/(V·s),电阻率从7.53×10^-3升至1.09×10^-1Ω·cm。位错密度计算结果表明,随着远离GaN衬底,晶体内位错密度逐渐减少,二次离子质谱测试结果中,Ga⁺等杂质含量随着远离GaN衬底逐渐减少,在距离GaN表面约4 mm以后,主要杂质含量明显降低。由此表明,采用价格相对较低的GaN衬底可以获得较大尺寸,品质较好的ZnO单晶。     

利用外延生长构建水平单晶钙钛矿阵列

有序单晶CH3NH3PbI3钙钛矿纳米线阵列在激光和光电领域具有良好的应用前景.溶液法被认为是一种简便、高效且成本低廉的方法并被用于构建钙钛矿晶体材料.本文介绍了一种限域外延生长方法并将其用于构建有序单晶CH3NH3PbI3钙钛矿纳米线阵列.通过将钙钛矿材料的前驱体溶液限制在由硅片和ST—cut的石英构成的反应腔中,溶...     

ECR微波等离子体特性的实验研究

着重介绍采用一段真空波导耦合的ＥＣＲ微波等离子体装置，以及在ＣＨ４－Ｈ２沸合气体放电情况下，诊断了内部等离子体参数，给出了等离子体密度，电子温度，基板鞘附近的空间电位以及在类金刚石膜合成条件下等离子体中的基团情况，同时研究了它们与工艺参数之间的关系。     

金刚石薄膜异质外延的研究状况与展望

综述了化学气相沉积异质外延金刚石薄膜机理及工艺的研究现状，分析了存在的问题，并对今后的研究进行了展望。     

SiC单晶的生长及其器件研制进展

ＳｉＣ具有禁带宽度大，热导率高，电子的饱和漂移速度大，临界击穿电场高和介电常数低等特点，在高频大功率，耐高温，抗辐照的半导体器件及紫外探测器和短波发光二极管方面具有广泛的应用前景，本文综述了半导体ＳｉＣ体单晶和薄膜的生长及其器件研制的概况。     

ECR等离子体刻蚀增强机械抛光CVD金刚石

采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与机械抛光相结合的方法抛光化学气相沉积(CVD)金刚石,运用扫描电镜、Raman光谱观察、分析了刻蚀与抛光后金刚石的表面形貌和质量变化,并与单纯的机械抛光相比较,研究了等离子体刻蚀对后续机械抛光的影响,结果发现:金刚石经ECR等离子体刻蚀后非晶碳含量有一定程度降低,刻蚀过程在金刚石晶面形成的疏松表面有利于机械抛光,金刚石表面平均粗糙度更加快速降低。对比实验表明等离子体刻蚀对机械抛光前期的抛光效率的增强效果更为明显,在ECR等离子体刻蚀后的金刚石样品经10min机械抛光后粗糙度从7.284下降到1.054μm,而直接机械抛光30min时金刚石的表面粗糙度为1.133μm,在机械抛光的初始阶段,等离子体刻蚀后的机械抛光效率是单纯机械抛光效率的3倍。最终,经过三次重复刻蚀后机械抛光,金刚石表面粗糙度降为0.045μm。     

ECR微波等离子体氮化铁基材料的参数研究

以纯铁和 38CrMoAl为例给出了用电子回旋共振微波等离子体氮化的实验结果 ,并给出了气体成分及配比、时间、温度、偏压等工艺参数对氮化结果的影响。指出在 0 1Pa的工作气压下 ,采用N2 H2混合气体 ,样品温度接近 50 0℃ ,微波功率 2 0 0～ 2 50W ,可在样品表面形成氮化层 ,使样品表面硬度显著提高。改变N2 和H2 比例将改变样品氮化层中ε相和γ′相的比例。样品施加合适的负偏压有利于氮化