化學氣相沉積鑽石之成長及其特性分析

Abstract

我們致力於尋找鑽石成長的新反應途徑，發現不需要在碳氫化合物中添加 額外的氫氣，即可合成高品質鑽石膜。利用CH4-CO2、C2H2-CO2和 C3H8- CO2等氣體源合成鑽石膜時，可得良好結晶性鑽石膜的成長速率為傳統使 用之CH4-H2系的數倍以上。由於不使用氫氣，所以沒有氫氣強力爆炸的危 險性。高品質鑽石膜合成時，氣體源的C-H-O比例皆在Bachman三角圖的鑽 石成長區域內。根據電漿放射光譜的分析，我們亦提出了鑽石合成的可能 機構。在稍早的研究結果中，發現在二氧化碳－碳氫化合物添加微量的氫 氣時，對合成鑽石膜的品質會有負的效應，即會降低鑽石膜的品質。為了 深入探討利用微波電漿化學氣相沈積法合成鑽石膜時，氫和氧所扮演的角 色，我們在二氧化碳－甲烷系之氣體源中添加氫氣和氧氣來合成鑽石膜。 發現添加氧氣會改善鑽石膜的品質及擴大鑽石成長的濃度範圍。當氫氧的 添加量增加時，沈積物的成核密度會增加，而氧氣的添加量增加時會降低 沈積物的成核密度。同時由電漿放射光譜的結果顯示隨著氫氣或氧氣的添 加量的增加時，基態的氫原子幾乎不變。但是激發態的原子氫和C2根種會 減少且會有較大量的含氧物種（氧原子、氧分子和OH根）存在電漿中。這 些結果顯示激發態的氫原子對鑽石膜的成長並沒有幫助，C2根種會促進非 晶質碳和石墨的形成且含氧物種會蝕刻非晶質碳和石墨而影嚮鑽石膜的成 長與品質。