第35卷，第11期 2015年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
高气压MIPCVD沉积金刚石的光谱研究
曹为，马志斌
Vol. 35,No.11 -pp3007-3011
November, 2015
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，湖北武汉430073
摘要采用微波等离子体化学气相沉积方法（microwaveplasmachemicalvapordeposition，MPCVD）在高沉积气压（34.5kPa）下制备多晶金刚石，利用发射光谱（opticalemissionspectroscopy，OES）在线诊断了 CH4/H:/O2等离子体内基团的谱线强度及其空间分布，并利用拉曼（Raman)光谱评价了不同O2体积分数下沉积出的金刚石膜质量，研究了金刚石膜质量的均匀性分布间题。结果表明：随着O：体积分数的增加， C2，CH及H。基团的谱线强度均呈下降的趋势，而Ca，CH与H。谱线强度比值也随之下降，表明增加O2 体积分数不仅导致等离子体中碳源基团的绝对浓度下降，而且碳源基团相对于氢原子的相对浓度也降低，使得金刚石的沉积速率下降而沉积质量提高。此外，具有刻独作用的0H基团的谱线强度却随者0：体积分数的增加而上升，这也有利于降低金刚石膜中非晶碳的含量。光谱空间诊断发现高沉积气压下等离子体内基团分布不均勾，特别是中心区域C：基团聚集造成该区域内非晶碳含量增加，最终导致金刚石膜质量分布的不均匀。
关键词高气压微波等离子体；CVD金刚石膜；发射光谱；拉曼光谱；均匀性
中图分类号：TQ164.8
引言
文献标识码：A
D0I: 10. 3964/j. issn, 1000-0593 (2015)11-3007-05
0H基团，发现它们对非金刚右相的刻蚀作用比H更突出，同时认为加人少量的02后促进了金刚石膜生长面的活化作用，有利于金刚石膜的沉积。因此选择在高沉积气压、高
自1962年Eversole首次采用CVD技术成功合成金刚石膜以来，该技术已获得了持续长足的发展[1-4]。目前，为了满足各领域对高质量金刚石的需求，人们对高气压CVD沉积金刚石进行了探索，Willems(2]和Muchnikov等[3]在高沉积气压下已成功的制备出了广高质量单晶金刚石。由于高沉积气压下，气体放电处于近似热等离子体状态，等离子体密度高，该状态下的气体温度得以提升，高温气体分子的热化学分解过程加剧，同时由于电子离解作用的存在，使源料气体分子能够有效离解，大量产生生长金刚右的前驱物基团，对金刚石沉积速率的提升十分有利。Li等在采用MPCVD 制备金刚石的过程中发现随着沉积气压的升高，薄膜的生长速率呈超线性增长，因此高气压下MPCVD金刚石研究受到越来越多的研究者的关注。
在CVD法制备金刚右膜时，通常以CH/H：为源料气体，为了减少金刚石膜中无定形碳的含量以获得高质量的薄膜，一般选择在低CH浓度下进行沉积5*}，致使沉积速率不理想。Han等,10在CH4/H体系中添加02后产生O和
收稿日期：2014-07-02，修订日期：2014-10-29
基金项目：国家自然科学基金项目（10875093)资助
CH浓度下涨加微量02来进行高质量多晶金刚石膜的制备，为了进一步弄清02对高沉积气压、高CH浓度下等离子体内基团及金刚石膜沉积的影响，我们在多晶金刚石膜制备的过程中，研究了高沉积气压下CH：/H2/O：等离子体的发射光谱特性及其空间分布。并采用Raman光谱对不同O 体积分数下的金刚石膜沉积质量进行了分析对比，结合OES 和Raman光谱诊断结果研究了高沉积气压下金刚石膜质量
的均匀性分布问题。 1实验部分
实验在带有压缩波导谐振结构的微波等离子体化学气
相沉积系统中进行。实验中，微波功率为800W，气压为 34.5kPa，CH，体积分数为5.65vol.%，0体积分数在0~～ 0.52vol.%之间变化，沉积时间为50～209h，衬底采用的是直径为12mm的钼圆片，衬底距波导下底面5～7mm。采用美国海洋光学公司生产的Maya2000高灵敏度背照式
作者简介：曹为，1988年生，武汉工程大学材料科学与工程学院硕士研究生
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