硼掺杂金刚石薄膜的制备和性能研究

作者:许青波;王传新;王涛;代凯;夏述平; 刊名:金刚石与磨料磨具工程 上传者:蒋加进

【摘要】通过热丝化学气相沉积法,在硅基上沉积硼掺杂金刚石薄膜,研究硼源流量对硼掺杂金刚石薄膜的导电性能、晶粒尺寸、晶面方向及残余应力等的影响。结果表明:随硼流量增加,金刚石薄膜电阻迅速降低;超过一定流量后,薄膜的缺陷和杂质增多,阻碍了电阻的进一步下降。硼流量在0~25mL/min内逐渐升高时,金刚石薄膜平均晶粒尺寸从3.5μm增长到8.3μm,硼元素促进了(111)晶面的生长;硼流量继续增大到35mL/min时,对(111)晶面的促进作用减弱,晶粒尺寸减小且晶粒表面缺陷增多而失去完整性。X射线衍射分析表明:随硼流量增加,金刚石薄膜(111)晶面和(110)晶面的衍射峰面积比,呈先增加后减少的趋势,在硼流量为20mL/min时达到最大值;且硼掺杂金刚石薄膜残余应力为压应力。在硼源流量小于10mL/min时,应力随流量的增加而减小;当硼流量大于30mL/min时,应力随流量的增加而增大。

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2018年6月 第3期 第38卷 总第225期 金刚石与磨料磨具工程 Diamond & Abrasives Engineering Jun.2018 No.3 Vol.38 Serial 225 硼掺杂金刚石薄膜的制备和性能研究* 许青波,王传新,王 涛,代 凯,夏述平 (武汉工程大学 湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,武汉430073) 摘要 通过热丝化学气相沉积法,在硅基上沉积硼掺杂金刚石薄膜,研究硼源流量对硼掺杂金刚石薄膜的导电性能、晶粒尺寸、晶面方向及残余应力等的影响。结果表明:随硼流量增加,金刚石薄膜电阻迅速降低;超过一定流量后,薄膜的缺陷和杂质增多,阻碍了电阻的进一步下降。硼流量在0~25mL/min内逐渐升高时,金刚石薄膜平均晶粒尺寸从3.5μm增长到8.3μm,硼元素促进了(111)晶面的生长;硼流量继续增大到35mL/min时,对(111)晶面的促进作用减弱,晶粒尺寸减小且晶粒表面缺陷增多而失去完整性。X射线衍射分析表明:随硼流量增加,金刚石薄膜(111)晶面和(110)晶面的衍射峰面积比,呈先增加后减少的趋势,在硼流量为20mL/min时达到最大值;且硼掺杂金刚石薄膜残余应力为压应力。在硼源流量小于10mL/min时,应力随流量的增加而减小;当硼流量大于30mL/min时,应力随流量的增加而增大。 关键词 硼掺杂金刚石膜;热丝化学气相沉积;低硼流量;微观结构;应力 中图分类号 TQ164 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2018)03-0011-05 DOI码10.13394/ j.cnki.jgszz.2018.3.0003 Preparation and properties of boron doped diamond films XU Qingbo,WANG Chuanxin,WANG Tao,DAI Kai,XIA Shuping ( Hubei Key Laboratory of Plasma Chemical and Advanced Materials , Wuhan Institute of Technology , Wuhan  430073, China ) Abstract Boron doped diamond films were deposited on the silicon substrate by hot-filament chemical vapourdeposition (HFCVD).The effects of boron source flow on the conductivity,grain size,crystal direction and residual stress of boron doped diamond films were investigated.The results show that the resistance of diamondfilms decreases rapidly with increasing boron flux.After a certain flow rate,the defects and impurities increaseand hinder the further decline of resistance.The boron flow increases gradually in 0-25mL/min,and the average grain size of the diamond film 

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