论文部分内容阅读
金刚石单晶具有优异的力学、电学、光学、热学、声学性能，具有广泛的用途。从本世纪初以来，CVD金刚石单晶的制备一直是国内外科学家们研究的热点。目前国外在这一领域的技术已经比较成熟，生长的CVD金刚石单晶产品已经走入了市场。国内科研机构也积极地开展了对于CVD金刚石单晶制备的研究。但是，迄今为止公开发表的CVD金刚石单晶生长研究结果，基本上都是采用微波等离子体CVD方法进行的。
本文探索了直流电弧等离子体喷射CVD法同质外延生长CVD金刚石单晶的工艺。研究了H2/O2等离子体刻蚀、沉积温度、气体浓度等对于CVD金刚石单晶生长的影响。运用扫描电子显微镜(SEM)、激光Raman光谱和微分干涉差显微镜等检测手段对CVD金刚石单晶和单晶衬底的表面形貌和质量进行了表征和分析。
研究表明，H2/O2等离予体刻蚀处理能够有效地去除衬底表面的缺陷，提高生长的金刚石的质量。当O2浓度为0.7％时，刻蚀速率能达到6.7um/h。晶体生长速率随沉积温度的升高而增加，随氮气浓度的升高而增加。当气氛中的甲烷浓度降低，生长的金刚石的质量将提高。当气氛中的氮气增多，生长的金刚石的质量将降低。
通过实验，我们实现了单晶金刚石的生长，探索出了采用直流电弧等离子体法同质外延生长CVD金刚石单晶的制备工艺。沉积温度为1000℃,CH4/H2为1％时为CVD金刚石单晶生长的最优工艺条件。这时CVD金刚石单晶的生长速率能达到10um/h。此时生长的金刚石拉曼光谱特征峰的FWTM值为3-4cm-1。