空气等离子体刻蚀对金刚石薄膜性能的影响

作者:李德贵;冉均国;廖晓明;苟立;苏葆辉 刊名:微细加工技术 上传者:林琨明

【摘要】为了提高金刚石薄膜电学和辐射响应性能,在石英钟罩式MPCVD装置中,采用微波空气等离子体刻蚀处理来提高金刚石薄膜的纯度、电阻率和辐射剂量计响应性能,研究了不同的微波功率、气体流量、处理时间对金刚石薄膜电阻率、X光响应的影响,结果表明,空气等离子体中高能、高活性的氧和氮能有效刻蚀薄膜表面的石墨等非金刚石相,提高膜的纯度,使金刚石薄膜的电阻率从1.11×109Ω.cm提高到1.83×1014Ω.cm,提高了5~6个数量级,且处理后的金刚石薄膜X射线响应灵敏度提高了15倍,并获得了最佳的空气等离子体刻蚀条件。空气等离子体刻蚀处理是一种易于掌控的刻蚀方法,可有效提高金刚石薄膜表面质量,且资源丰富,价格便宜。

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  收稿日期 :200509221 ;修订日期 :200511206   基金项目 :国家自然科学基金资助项目(10275046)   作者简介 :李德贵(1982 - ) ,男 ,贵州遵义人 ,硕士 ,主要从事无机非金属材料的研究 ;冉均国(1938 - ) ,男 ,重庆涪陵人 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事新型无机材料研究。 文章编号 :100328213(2006) 020030203 空气等离子体刻蚀对金刚石薄膜性能的影响 李德贵 ,冉均国 ,廖晓明 ,苟  立 ,苏葆辉 (四川大学 材料学院 ,成都 610065) 摘要 :为了提高金刚石薄膜电学和辐射响应性能 ,在石英钟罩式 MPCVD 装置中 ,采用微波空气等离子体刻蚀处理来提高金刚石薄膜的纯度、电阻率和辐射剂量计响应性能 ,研究了不同的微波功率、气体流量、处理时间对金刚石薄膜电阻率、 X光响应的影响 ,结果表明 ,空气等离子体中高能、高活性的氧和氮能有效刻蚀薄膜表面的石墨等非金刚石相 ,提高膜的纯度 ,使金刚石薄膜的电阻率从 1111 ×109Ω·cm 提高到 1183 ×1014Ω·cm ,提高了 5~6 个数量级 ,且处理后的金刚石薄膜 X 射 线响应灵敏度提高了 15 倍 ,并获得了最佳的空气等离子体刻蚀条件。空气等离子体刻蚀处理是 一种易于掌控的刻蚀方法 ,可有效提高金刚石薄膜表面质量 ,且资源丰富 ,价格便宜。 关  键  词 :金刚石薄膜 ;电阻率 ;CVD ;等离子体 ;辐射剂量计 中图分类号 :TQ16312    文献标识码 :A1  引言 金刚石膜具有优异的理化性质 ,是一种新型的电子和辐射剂量计材料[1] 。但由于金刚石薄膜生长结束时的条件有利于非金刚石相的生成 ,因此在金刚石薄膜的表面常常存在一层低电阻率的非金刚石相表面[2] ,导致金刚石薄膜的表面电阻率降低 ,漏电流增大 ,信噪比减小 ,以致于 X射线剂量计灵敏度降低 ,因而 ,有必要采用一些方法除去金刚石薄膜表面的非金刚石相[3] 。RE1Rowles 等人[4]研究了氢等 离子体对金刚石膜的刻蚀作用 ,吕宪义等人[5]研究了氧等离子体对金刚石膜的刻蚀作用 ,四川大学的王兵等人[6]也研究了原位氧等离子体处理对金刚石薄膜电阻率的影响 ,发现氧等离子体的刻蚀作用剧烈 ,Tan1Ing Hwie 等人[7]研究发现 ,氮气也有同样的 作用。虽然纯氧等离子体的刻蚀作用很强 ,但不易掌握刻蚀的尺度 ,容易造成过度刻蚀而损伤金刚石薄膜 ,单独用氮等离子体轰击 ,刻蚀作用又较弱。为此本文提出采用含有氧和氮的空气等离子体刻蚀方法 ,来除去金刚石薄膜表面的非金刚石相 ,提高电阻 率和 X射线响应灵敏度。空气等离子体不仅综合了氧、氮等离子体的优点 ,而且具有资源丰富、价格便宜、使用方便等优点。实验主要研究了空气等离子体刻蚀处理工艺对金刚石薄膜纯度、电学性能及辐射响应性能的影响 ,为制备具有高质量金刚石薄膜辐射剂量计打下了基础。 2  实验方法 实验采用由四川大学无机非金属材料系自行研制的石英钟罩式 MPCVD 装置 ,通过优化的活化 — 形核 —刻蚀 —生长 MPCVD 工艺[6] , 在微波功率 112 kW ,压力 5133 kPa ,CH4 浓度为 0134 %的条件 下 ,沉积 8 h 制备金刚石薄膜。然后用空气等离子体对上述工艺制备的金刚石薄膜进行刻蚀处理 ,以提高其表面的纯度、电阻率和辐射剂量计响应性能。研究了不同的微波功率、气体流量、处理时间对金刚石薄膜电阻率、 X光响应的影响。 实验中将金刚石薄膜表面垫

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