辅助偏压等离子体热丝CVD方法制备金刚石薄膜的研究

Study on Diamond Thin Films with Bias Assisted Plasma Hot Filament CVD

利用热丝CVD工艺制备金刚石薄膜已被广泛证实 ,热丝CVD工艺具有许多优点 ,但也存在诸多不足 ,如成核困难 ,生长速率低 ,原材料浪费大等。为了弥补以上不足 ,我们采用在热丝CVD工艺基础上同时施加含有一定直流偏压成分的射频电场 (DC +rf)来制备金刚石薄膜。所施偏压中的直流成分大大增强了光滑非金刚石衬底表面的金刚石成核效应 ,提高了金刚石的成核密度。我们知道 ,高质量的金刚石薄膜是一个很好的绝缘体 ,因此在金刚石薄膜生长过程中 ,在薄膜表面积累有大量的正电荷 ,这些正电荷的存在它将排斥其它正离子的到来 ,致使薄膜生长率越来越低 ,这正是为什么目前使用的热丝CVD工艺中 ,只在成核阶段施加直流偏压 ,而不能在整个生长过程中施加偏压的原因。在金刚石薄膜生长过程中施加射频偏压后 ,在射频电压的一个周期内有一定的时间是电子轰击样品表面 ,中和了样品表面的正电荷 ,消除了排斥作用 ,达到了提高生长速率之目的。另一方面 ,在金刚石薄膜生长过程中施加直流偏压和射频偏压 ,将不断地有离子轰击样品表面 ,把表面生长的非金刚石相溅射掉 ;同时由于定向电场的作用 ,使离子的结合有一定的倾向性生长 ,使金刚石晶粒生长趋于一致的方向 ,保证了金刚石薄膜的成膜质量。