氢终止金刚石表面的形成机理

为考察金刚石形成氢终止表面的反应机制,采用微波氢等离子体处理以及电阻丝氢气气氛加热处理进行对比研究.利用光发射谱(OES)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)分别表征了微波氢等离子体中的活性基团和金刚石表面氢终止浓度.结果表明,微波氢等离子体环境下,随着衬底温度、等离子体密度和能量的增加,温度至700 ℃ (800 W/3 kPa)时,等离子体中出现了明显的CH基团;相应地,金刚石表面氢终止浓度随温度、等离子体密度和能量的增加而增加.采用氢气气氛下电阻丝加热的方法同样形成了氢终止金刚石表面,表明微波等离子体处理金刚石表面形成氢终止主要源于由温度控制的表面化学反应,而非等离子体的物理刻蚀作用.氧终止金刚石表面形成氢终止的机制是表面C=O键在高于500 ℃时分解为CO,相应的悬挂键由氢原子或氢分子占据.     

电弧分区特征对金刚石形核的影响

在直流电弧等离子体喷射CVD法制备金刚石膜中,电弧可分为弧心、弧干、弧边三个区域.本文主要阐述了电弧的分区特征,讨论电弧区域特征对金刚石形核的影响.同时,以电弧分区特征为基础,探讨了预处理方式和温度对金刚石形核的关联影响.结果表明:形核初期对应于TiC粉的Raman谱,衬底的钛过渡层表面形成了TiC的过渡层,弧心区域金刚石形核迅速,形核密度较高,而在弧边区域金刚石形核缓慢,形核密度相对较低.     

多晶金刚石对硅基氮化镓材料的影响

氮化镓(GaN)器件的自热问题是目前限制其性能的关键因素,在GaN材料上直接生长多晶金刚石改善器件的自热问题成为研究的热点,多晶金刚石距离GaN器件工作有源区近,散热效率高,但多晶金刚石和GaN材料热失配可能会导致GaN电特性衰退.本文采用微波等离子体化学气相沉积法,在2 in (1 in=2.54 cm)Si基GaN材料上生长多晶金刚石.测试结果显示,多晶金刚石整体均匀一致,生长金刚石厚度为9—81 μm,随着多晶金刚石厚度的增大, GaN (002)衍射峰半高宽增量和电性能衰退逐渐增大.通过激光切割和酸法腐蚀,将Si基GaN材料从多晶金刚石上完整地剥离下来.测试结果表明:金刚石高温生长过程中,氢原子对氮化硅外延层缺陷位置有刻蚀作用形成孔洞区域,刻蚀深度可达本征GaN层;在降温过程,孔洞周围形成裂纹区域.剥离下来的Si基GaN材料拉曼特征峰峰位, XRD的(002)衍射峰半高宽以及电性能均恢复到本征状态,说明多晶金刚石与Si基GaN热失配产生应力,引起GaN晶格畸变,导致GaN材料电特性衰退,这种变化具有可恢复性,而非破坏性.