利用電弧電漿射流化學氣相沉積法合成鑽石及氮化碳膜

Abstract

由於利用電弧放電之高能量來進行化學氣相沉積鑽石，能夠得到極高之成 長速率，具有實際應用上之價值。因此本論文探討了電弧電漿噴槍之設計 要點，製造了三種不同型式之電弧電漿化學氣相沉積反應器。由實驗結果 顯示，以自由電弧放電與器壁穩定化電弧電漿射流二種設計方式來沉積鑽 石膜時會有一些缺點。本論文因此進一步開發了適合工業化生產之磁場旋 轉式電弧電漿射流以解決傳統設計上之缺點。目前利用磁場旋轉式電弧電 漿射流可沉積高品質之鑽石膜，其沉積速率可達每小時180μｍ，沉積面 積為 250 m㎡ 。本研究亦利用自行開發之磁場旋轉式電弧電漿射流，直 接以石墨陽極噴嘴作為碳源而成功的合成氮化碳 (β-C3N4)薄膜。根據理 論上預測此材料將擁有與鑽石相當之體模數。穿透式電子顯微鏡分析證實 薄膜中含有大量微晶氮化碳。文中提出以虎克定律近似法理論計算氮化碳 之特徵拉曼譜線，結果與實驗量得之拉曼譜線甚為符合。