【摘要】：碳化硅作為新型的第三代半導(dǎo)體材料同時在海洋密封材料方面具有廣泛的應(yīng)用。金剛石則具有一系列優(yōu)異的物理化學(xué)性能。以碳化硅為襯底制備金剛石薄膜便可以對碳化硅襯底的性能有一定的提升。本研究采用直流輝光放電等離子體設(shè)備在單晶碳化硅表面沉積金剛石薄膜。通過對比不同的工藝參數(shù):如甲烷濃度、襯底溫度和沉積氣壓,在單晶碳化硅襯底上沉積金剛石薄膜。研究了各個工藝參數(shù)對金剛石薄膜生長的影響。利用SEM、Raman、XRD、AFM和TEM等測試手段對沉積結(jié)果進行表征。實驗結(jié)果表明:甲烷濃度的變化會對晶粒尺寸以及晶面產(chǎn)生重要影響。甲烷濃度從1%增加至9%時,金剛石薄膜的晶面從(111)轉(zhuǎn)變?yōu)?100),最終再轉(zhuǎn)變?yōu)?111),晶粒大小也逐漸增加。對比同一甲烷濃度下的碳/硅終端襯底沉積出來的薄膜,碳終端的薄膜致密性要高得多,但是晶粒形狀及大小基本一致。沉積氣壓并不會對不同終端的襯底沉積結(jié)果產(chǎn)生影響,碳終端襯底的沉積結(jié)果依然在致密性方面要高于硅終端襯底。在同一個碳/硅終端襯底上沉積的薄膜,氣壓的改變會使得晶型從(111)轉(zhuǎn)變?yōu)?100)最終轉(zhuǎn)變?yōu)?110)。隨著溫度的增加,晶型開始有規(guī)則的方形變成無規(guī)則形狀。晶粒尺寸也隨著增加,由1μm大小增加至2~3μm。與前兩組一致,碳終端襯底沉積的薄膜致密性依然高于硅終端沉積結(jié)果。由于碳硅終端襯底的沉積結(jié)果差異,因此我們研究了形核界面的微觀情況,分析了形核界面的金剛石與碳化硅相互作用效果。由于碳終端不需要形成非晶層,所以其形核更為直接。因此在相同的時間內(nèi),碳終端襯底的形核結(jié)果適中要更優(yōu)于硅終端襯底形核結(jié)果。由于硅終端形核效果更差,因此在薄膜沉積過程中會出現(xiàn)致密性較差,膜層不連續(xù)的現(xiàn)象。最后結(jié)合前面的工藝參數(shù)的研究結(jié)果以及形核結(jié)果的研究,使用最優(yōu)的沉積參數(shù)在碳化硅表面沉積金剛石薄膜。在優(yōu)化的參數(shù)基礎(chǔ)上,進行深入研究。沉積出了連續(xù)均勻的金剛石薄膜,經(jīng)過XRD測試,晶粒為(100)取向生長,同時經(jīng)過AFM測試得薄膜粗糙度達到86.4nm。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2;TQ163
【圖文】：

硅、金屬鉬以及硬質(zhì)合金這幾種。部分研究者利用碳化硅做過渡層些無法或者難以合成金剛石薄膜的襯底材料上制備金剛石薄膜，但在碳化硅材料上沉積的研究并不多。然而，在碳化硅為襯底材料沉剛石薄膜的形核機理研究非常少。.2 金剛石的結(jié)構(gòu)與性能物質(zhì)的性能與其結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系。金剛石的特殊結(jié)構(gòu)使其擁優(yōu)異的物理化學(xué)性能。自然界中的碳通常以六方晶系的石墨、非晶以及立方晶系的金剛石三種形式存在。在金剛石中，碳原子以 sp3雜道形成正四面體的化學(xué)鍵，每個碳原子周圍均有四個碳原子。由于子外層所有電子均參與成鍵，在純的金剛石晶體中并不存在游離態(tài)由電子或者空穴，所以純的金剛石屬于絕緣體。由于 c-c 鍵貫穿整個，使得晶體解理相當困難，因此金剛石是已知天然材料中最硬的物質(zhì)

硅、金屬鉬以及硬質(zhì)合金這幾種。部分研究者利用碳化硅做過渡層些無法或者難以合成金剛石薄膜的襯底材料上制備金剛石薄膜，但在碳化硅材料上沉積的研究并不多。然而，在碳化硅為襯底材料沉剛石薄膜的形核機理研究非常少。.2 金剛石的結(jié)構(gòu)與性能物質(zhì)的性能與其結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系。金剛石的特殊結(jié)構(gòu)使其擁優(yōu)異的物理化學(xué)性能。自然界中的碳通常以六方晶系的石墨、非晶以及立方晶系的金剛石三種形式存在。在金剛石中，碳原子以 sp3雜道形成正四面體的化學(xué)鍵，每個碳原子周圍均有四個碳原子。由于子外層所有電子均參與成鍵，在純的金剛石晶體中并不存在游離態(tài)由電子或者空穴，所以純的金剛石屬于絕緣體。由于 c-c 鍵貫穿整個，使得晶體解理相當困難，因此金剛石是已知天然材料中最硬的物質(zhì)

性質(zhì)材料 Si 3C-SiC 6H-SiC Diamond電子遷移率μe(cm2/Vs) 1400 800 400 2200飽和電子漂移率 Wsat(107cm/S) 1 2.2 2.0 2.7空穴遷移率μp(cm2/Vs) 600 40 3.02 5.45擊穿電場 Eb(106V/cm) 0.3 4 4 10介電常數(shù)εr11.8 9.72 9.66 5.5熱導(dǎo)率λ(W/cmK) 1.5 5 5 20熱膨脹系數(shù)(10-6K-1) 2.6 4.7 4.7 -熔點(℃) 1414 2830(g) 2830(g) 4000折射率 3.5 2.7 2.7 2.42本論文所使用的是單晶碳化硅，其上表面與下表面的原子終端屬于不同的原子。碳化硅的晶體由碳原子與硅原子一層一層排列，上表面為碳原子終端而下表面則為硅原子終端。如圖所示。

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4 李建國;胡東平;;等離子體預(yù)處理提高金剛石薄膜/基體間結(jié)合力[A];中國工程物理研究院科技年報（2005）[C];2005年

5 馬

本文編號：2806332