氮气流量对金刚石膜生长的影响研究

采用电子辅助化学气相沉积法(EA-CVD)制备掺氮金刚石薄膜，研究了不同氮气流量对金刚石膜的生长速率、表面形貌和膜品质的影响。实验发现，在较低的氮气流量下，金刚石膜的生长速率增加，在较高的氮气流量下生长速率减小。利用SEM、Raman光谱、XPS等测试手段对样品的表面形貌及品质进行了表征。结果表明，当氮气流量为4sccm时金刚石膜的结晶比较完整；当氮气流量为8sccm时生成与(100)面共存的“菜花状”。氮气流量的进一步增加，“菜花”表面(100)晶面显露的数量明显降低，非金刚石碳含量和氮杂质含量增加，金刚石膜的品质明显下降。关键词：金刚石膜；氮气；生长速率；表面形貌；膜品质；EA-CVD方法在天然金刚石和人造金刚石中，氮元素是一种不可忽略的代表性杂质。以氮杂质含量为依据天然金刚石可分为I型和II型金刚石[1]。I型金刚石根据氮杂质在基体中的不同存在形式细分为Ia和Ib型。目前，对天然金刚石和高温高压金刚石中氮的存在状态以及其对金刚石性质的影响已有广泛而深入的研究，而氮掺杂对CVD金刚石膜影响的报道很少。CVD金刚石膜为多晶材料，含有大量晶界、非金刚石相以及多种缺陷，研究氮在金刚石膜中的存在方式及对金刚石膜特性的影响具有较大的实际意义。据文献报道，氮杂质除了对结构和形貌的影响外[2]，已经证实氮杂质还对金刚石膜的物理性能也有很明显的影响，例如光学透过性能、热导性能和电子发射性能等[3,5]。本文系统地研究了掺氮金刚石膜的结构、形貌与品质的变化。