偏壓輔助成核對多晶CVD鑽石成長之影響

The Effects of Bias-Enhanced Nucleation (BEN) on the Growth of Polycrystalline CVD Diamond Films

本研究藉由改變偏壓輔助成核階段中包括偏壓時間、偏壓大小、碳氫濃度比、壓力等各種沉積參數，以探討偏壓輔助成核（bias-enhanced nucleation, BEN）對於多晶CVD（chemical vapor deposition）鑽石成長的影響，並探討個別參數對於多晶鑽石成長之影響。多晶鑽石是以微波輔助化學氣相沉積（microwave assisted chemical vapor deposition, MACVD）來成長，而其結構性質及電子性質則是由掃瞄式電子顯微鏡（scanning electron microscopy, SEM）、拉曼光譜（Raman spectroscopy）、及電導率來進行量測。最佳BEN 參數組合包括微波功率（1000W）、反應時間（1.5hr）、碳氫濃度比（2.5%）、偏壓（-100V）、壓力（50torr）被採用作為本研究的起點。首先由實驗數據我們可發現，所成長的的鑽石薄膜的結構性質與電子性質之間有一致的趨勢，即拉曼光譜中在波數具有較小的FWHM（full width height maximum）與較大峰值背景值比的鑽石薄膜理應具有較佳之鑽石結晶結構，而相對應的電導率則會急遽降低，顯現出本徵鑽石半絕緣的性質。而薄膜的成長速率則與薄膜的結構及電子性質之間並沒有明顯的關聯性存在。相較於無BEN，我們發現無論就結構性質、電子性質或成長速率而言，鑽石薄膜的性質都有明顯改善的現象。我們發現在BEN 階段中，無論偏壓大小、偏壓時間、碳氫濃度比、壓力等參數都會顯著影響所沉積鑽石薄膜的結構性質及電子性質，並且對不同沉積系統都會有其最佳的參數組合。