第33卷，第9期 2013年9月
与光谱分析
光谱
学！
Spectroscopy and Spectral Analysis
MPCVD等离子体的发射光谱研究
马志斌，吴建鹏，陶利平，曹为，李国伟，汪建华
Vol. 33, No. 9,pp2562-2565 September,2013
430073
武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，潮北武汉
摘要在2.45GHz，800W微波等离子体化学气相沉积装置上，利用发射光谱对CH/H等离子体进行在线诊断，分析了等离子体中存在的基团，研究了甲烷浓度对各基团浓度及基团的空间分布的影响。结果表明：等离子体中存在CH，H，H，H，C基固和Mo杂质原子，随着甲烷浓度的升高，各基团的发射光谱强度均有增加，其中C基团强度显著增加。CH与H,基团的发射光谱强度比值随甲烷浓度的增加变化不大，面C与H。基团的发射光谱强度的比值随甲烷浓度的增加而显著增大。另外，甲烷浓度的增加使得等离子体中各基团在空间分布的均匀性变差。
关键词
发射光谱；甲烧浓度；均勾性
中图分类号：TL65
引言
文献标识码：A
DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2013)09-2562-04
率光谱仪整合了Toshiba2048像素的CCD阵列操测器，最佳光学分辨率为0.035nm，其波长测量范围为200～1100 nm。实验时采用纯度为99.999%的高纯H；和CH，微波功
等离子体发射光谱分析是通过测量等离子体中产生的发光原子、分子和离子的发射光谱，给出激发态发光粒子的状态参数，其测量范国非常宽，从微波、红外线、可见光，基至可测量到紫外线，它对等离子体的物理过程不产生任何干扰，同时由于它的易操作性和高灵敏度以及较好的光谱与空间分辨性，很适合对等离子体放电进行在线测量(1-]。在采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石薄膜、类金刚石
薄膜、非品碳薄膜时，都要用到甲烷和氢气
而甲烧是等离
子体中含碳基团的唯一来源，甲烷在等离子体中的状态决定了薄膜的沉积速率、结构和性质，在MPCVD金刷石过程中甲烷浓度是金刚石沉积质量的决定性参数[4-5]。通过发射光谱技术对CH/Hz微波等离子体进行在线诊断，分析了等离子体中存在的主要基团，对不同甲烷浓度下各基团的相对强度进行了研究分析，并对等离子体中各基团在空间上的分布进行了比较分析。
1
实验部分
实验在压缩波导式高气压微波等离子体装置中进行，压
缩波导反应腔结构见文献[6]。光谱测量采用美国海洋光学公司生产的HR2000型高分辨率光诺仪，HR2000型高分辨
收稿日期：2013-01-15，修订日期：2013-03-25
基金项目：国家自然科学基金项目(10875093)资助
率维持在800W，甲烷浓度为0.5%～7%，工作气压为15~ 18kPa，使用钼做为基体材料。
结果与讨论发射光谱分析
2.1
图1是甲烷浓度为1.5%条件下的发射光谱谱图，从谱图中发现，等离子体中的主要发光基团有：H（656.19nm)， H(486.25 nm), H,(434.09 nm), H,(410.43 nm), CH(314,05,389.02,431.31 nm),C,(471.06,516.08,563.1 nm),Mo(344.13,558.55,603.47nm)。
图中H，谱线强度较强，证明等离子体球中产生了浓度较高的H自由基，而H自由基可有效刻蚀sp’C和石墨等非金刚石相，有利于高纯度金刚石样品的制备。有文章报道(-9)，CH,和CH基团在金刚石薄膜形成过程中起到很重要的作用，且CHs基团在等离子体中的寿命较长，能达到几千个微秒，但在本实验发射光谱谱图中没有检测到CH和 CHs谱线的存在，这可能是由于CH：和CH基团更多地发生以下化学反应过程：CH:十CH
CH十H。图1中可
以观察到较弱的钼原子发射光谱，表明钼基体在高温下有少量的蒸发，这在高质量金刚石沉积中要避免。
作者简介：马志斌，1968年生，武汉工程大学材料科学与工程学院教授
*通讯联系人
万方数据
e-mail;wjp_ste168@163.com
e-mail; mazb@mail. wit. edu. cr