对单晶金刚石进行高温退火处理的研究进展

单晶金刚石具有良好的物理化学性质,既可以被应用于磨削等传统行业也可适用于半导体、5G等新型领域,而工业制备的单晶金刚石会存在缺陷多、光学性质差和应力大等问题,高温退火是一种转化金刚石内部缺陷的常见方法,对单晶金刚石进行退火处理是可以有效转变缺陷、降低单晶内应力和提高光学性质的,根据退火条件可以分为高温低压法和高温高压法,本文综述了高温退火对单晶金刚石性质的影响,并介绍了最近的相关研究进展。

利用发射光谱探究CO_(2)对MPCVD法生长单晶金刚石质量的影响

等离子体发射光谱作为一种非侵入性等离子体诊断手段能有效探测等离子体内部基团的变化信息,对这些信息的分析可以反映等离子体的特性,从而有助于探究影响单晶金刚石生长结果的原因和机理。CO_(2)是一种比O2更安全的气体,近年来在源气体引入CO_(2)生长高质量单晶金刚石的研究日渐增多。本文利用微波等离子体化学气相沉积法在4.2 kW的微波功率下进行单晶金刚石同质外延生长实验,对生长过程中的CH_(4)/H_(2)/CO_(2)等离子体进行了发射光谱诊断,最后结合光谱信息和拉曼光谱表征研究了CO_(2)体积分数对单晶金刚石生长质量的影响,结果发现CO_(2)浓度增加对C_(2)和CH基团强度抑制作用明显,对C_(2)抑制作用最强,这也是导致生长速率下降的主要原因。I(CH)/I(Hα)比值略有增加,说明CO_(2)增加对金刚石前驱物的沉积有促进作用,这在一定程度上减弱了对生长速率的不利影响。拉曼表征结果说明0~5%CO_(2)浓度下的单晶金刚石质量随CO_(2)浓度上升变好,且浓度为5%时,1420 cm−1杂质峰基本消失。

二氧化碳对同质外延生长单晶金刚石内应力的影响

本文研究了在反应气体中引入不同浓度的CO_(2)对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法同质外延生长单晶金刚石内应力的影响,并对其作用机理进行了分析。研究发现,随着CO_(2)浓度增加,单晶金刚石内应力逐渐减小,这是由于添加的CO_(2)提供了含氧基团,可以有效刻蚀金刚石生长过程中的非金刚石碳,并能够降低金刚石中杂质的含量,从而避免晶格畸变,减少生长缺陷,并最终表现为单晶金刚石内应力的减小,其中金刚石内应力以压应力的形式呈现。此外反应气体中加入CO_(2)可以降低单晶金刚石的生长速率和沉积温度,且在合适的碳氢氧原子比(5∶112∶4)下能够得到杂质少、结晶度高的单晶金刚石。