氦气对 MPCVD 沉积金刚石的影响

摘要：

为了确定添加氦气对微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）金刚石膜的影响，采用发射光谱法（OES）在线诊断了 CH4-H2-He 等离子体的发射光谱特性，研究了 He 对等离子体内基团空间分布的影响；并利用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼（Raman）光谱对不同 He 体积分数下沉积出的金刚石膜进行了表征。结果表明：随着 He 体积分数的增加，等离子体内 Hα，Hβ，Hγ，CH 和 C2基团的谱线强度均呈上升趋势，其中 Hα基团的谱线强度增加最大。光谱空间诊断发现 He 的加入导致等离子体中各基团的空间分布均匀性变差，造成沉积出的金刚石膜厚度极不均匀。沉积速率测试表明，He 的加入导致碳源基团相对浓度增加，有利于提高薄膜的沉积速率，当 He 体积分数由0 vol．％增加至4．7 vol．％时，沉积速率提高了24％。SEM 测试结果表明，随着 He 体积分数的增加，金刚石膜表面形貌由（111）晶面取向向晶面取向混杂转变，孪晶生长明显。高 He（4．7 vol．％）体积分数下由于 C2基团的相对浓度较高，导致二次形核密度增加。此外，由于基片台受到等离子体的刻蚀和溅射作用，导致薄膜沉积过程中引入了金属杂质原子。二次形核和杂质原子的存在使得孪晶大量的产生，薄膜呈现出压应力。

关键词：金刚石膜、发射光谱、氦气、孪晶、应力

分类号：TQ164.8

资助基金：国家自然科学基金项目10875093

在线出版日期：2015-04-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共4页

页码：711-714