样品台结构对同质外延生长单晶金刚石的影响

作     者：王国欣 熊鹰 王兵 陈卓 杨森 Wang Guoxin;Xiong Ying;Wang Bing;Chen Zhuo;Yang Sen

作者机构：西南科技大学材料科学与工程学院四川绵阳621010 环境友好能源材料国家重点实验室四川绵阳621010 

基　　金：国家自然科学基金项目(51572229) 四川省科技计划重点研发项目(2019YFG0065)资助 

出 版 物：《稀有金属》 (Chinese Journal of Rare Metals)

年 卷 期：2021年第45卷第9期

页      码：1095-1102页

摘      要：金刚石具有最宽的禁带宽度、高载流子迁移率、最高的热导率、良好的化学惰性和优异的抗辐射性能。因此金刚石器件极具应用潜力,但合成金刚石条件苛刻、难以加工并且成本高昂,要使得金刚石器件进一步应用,甚至取代硅器件必须降低生产成本,提高金刚石的生长质量。本文采用6 kW圆柱形谐振腔式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备,在输入功率、气体压力和生长温度等工艺条件不变的情况下,考察自行设计的样品台几何结构(圆柱形样品台和梯形样品台)对同质外延单晶金刚石生长的影响;基于此,在梯形样品台上,探索了不同甲烷浓度对外延单晶金刚石的生长特征影响。利用等离子体发射光谱(OES)诊断分析等离子体放电环境的特征,同时通过激光拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)和原子力显微镜(AFM)的测试手段对外延金刚石的表面形貌和晶体质量进行分析。结果表明:在3%的甲烷浓度下,平面圆柱样品台生长的金刚石生长速率为4μm·h^(-1),表面形貌光滑,拉曼半峰宽为3.6 cm^(-1),晶体质量较高;梯形样品台生长的金刚石生长速率为1.8μm·h^(-1),表面出现较多刻蚀坑,形貌较粗糙,拉曼半峰宽为4.5 cm^(-1),晶体质量较差。此外,在梯形样品台上,增加甲烷浓度至5%时,金刚石的生长速率提高至3.8μm·h^(-1),表面形貌较光滑,刻蚀坑消失,拉曼半峰宽为3.7 cm^(-1),金刚石质量明显改善。以上结果证实样品台几何结构可以对金刚石生长的等离子体环境产生影响,进而影响同质外延金刚石的生长质量。

主 题 词：同质外延 金刚石 样品台结构 微波功率密度 甲烷浓度 

学科分类：08[工学] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 

核心收录：

D　O　I：10.13373/j.cnki.cjrm.XY19120025

馆 藏 号：203105020...