利用微波電漿化學氣相沈積法以C2H2-CO2及CH4-CO2氣體系成長鑽石

Abstract

最近，我們致力於尋找能成長鑽石的新氣體源，目前已發現不加入大量的氫氣也能成 長鑽石薄膜。本實驗採用微波電漿化學氣相沉積法，分別以乙炔＋二氧化碳和甲烷＋ 十氧化碳為反應氣體，二氧化碳的流量固定為30sccm，改變乙炔或甲烷的流量以得到 在矽晶片的表面上成長出結晶性鑽石。 實驗的結果顯示，生成的鑽石顆粒為有星形結晶的尖銳多結晶，薄膜表面則由呈平滑 (111) 面的多結晶所組成。甲烷＋二氧化碳系和乙炔＋二氧化碳系膜的最大成長速率 分別為3.11μm/hr和0.98μm/hr。而兩者在生成結晶性鑽石方面，前者允許有較寬的 碳源濃度範圍。此外，在乙炔＋二氧化碳系結晶性鑽石薄膜的最大成長速率約為0.98 μm/hr，與一氧化碳＋氫氣系相當，為甲烷＋氫氣系的二倍。在甲烷＋二氧化碳系產 生結晶性鑽石薄膜的最大成長速率大約為2μm/hr ，為甲烷＋氫氣系的四倍和一氧化 碳＋氫氣系的二倍。另外，我們做了乙炔＋氫氣系的實驗，實驗中可以明顯的看出乙 炔與氫氣混合反應時，成長速率非常小的事實，最大的結晶性鑽石膜成長速率只有大 約0.1∼0.2μm/hr。 最後，我們可以以X-射線繞射和CL光譜分析來比較薄膜與天然Ⅱa 型鑽石之間的結晶 性及品質，證明鑽石合成的氣體源使用乙炔＋二氧化碳氣體系及甲烷＋二氧化碳氣體 系統的可行性。