低压促进的金刚石薄膜的低温生长.pdfVIP

第32卷 第 1期 核 技 术 V_0l_32．No．1 2009年 1月 NUCLEARTECHNIQUES January2009 低压促进的金刚石薄膜的低温生长 杨树敏1,2谢巧玲1,2周兴泰 朱德彰 匦至 1(中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800) 2(中国科学院研究生院 北京 100049) 摘要 本文研究了气压对热丝化学气相沉积金刚石薄膜沉积温度的影响。扫描电子显微镜(SEM)结果表明，同 常规热丝化学气相沉积的气压(5．32kPa)相比，采用较低的气压(O．67kPa)、在500cc的低温下可获得常规气压 下不大容易获得的、小颗粒的金刚石薄膜。Raman结果进一步证实了这种薄膜具有同5．32kPa、700cc条件下 沉积的薄膜的可比拟的质量。低温低压下高质量的金刚石薄膜的获得同气压在决定衬底表面的碳氢分子活性 基团浓度的两种相反的作用密切相关。同相同温度其它气压条件相比，在500℃的衬底温度、0．67kPa气压下 到达衬底表面的碳氢分子活性基团具有较高的浓度，从而导致了常规气压下不大可能获得的高质量，小颗粒 金刚石薄膜的低温沉积。 关键词 金刚石薄膜，生长气压，热丝化学气相沉积 中图分类号 TN304．18，TN304．055，TN305．1 作为一种宽带隙半导体材料，金刚石具有许多 1 实验 独特的性能，如禁带宽度大(5．5eV)、介电常数低 金刚石薄膜沉积是在一个典型的热丝化学气相 (5．7)、击穿电压高(～10V／cm)、电子空穴迁移率高 沉积(HFCVD)设备中进行，装置类似于文献[13】中 (分别为2400和2100cm2．V-1．s)、热导率高、抗辐 的。热丝为伽 ．5111112钨丝绕成9个 2mm环，呈 射性优越能、化学稳定性极好等 1【。由于这些物理、 螺旋形。衬底为N型(1l1)硅片。反应前，用丙酮、 化学特陛，金刚石可望成为在高温、强辐射等恶劣 去离子水和浓度为5％的HF去除硅片表面氧化层； 条件下工作的电子器件材料。 然后用金刚石研磨膏超声研磨硅片 1h，经去离子水 由于天然金刚石价值昂贵，且再生f生差，近几 漂洗后立即将其放人反应室。控制加热电源功率， 年来，金刚石研究主要集中于化学气相沉积(CVD) 使热丝温度为 2100℃左右。调整热丝与衬底的距 金刚石薄膜的生长、性能及制作高能粒子探测器件。 离，进而调整衬底温度。热丝与衬底距离为 7I131Tt 通常，CVD金刚石薄膜的合成温度在 800cC～1000 时，衬底温度为700oC；热丝与衬底距离为20lllin cC，但如此之高的沉积温度不宜于金刚石薄膜作为 时，衬底温度为500℃。 光学窗口和半导体器件的应用。所以，金刚石薄膜 反应室抽真空至约 l×l0之Pa，通人反应气体为 低温生长研究就显得十分重要，况且，与高温金刚 甲烷和氢气