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高气压CVD化学气相沉积金刚石膜的发射光谱研究

翁国峰;马志斌

  了解高气压CVD化学气相沉积金刚石膜过程中等离子体内部基团和微观参数,对金刚石膜沉积机理和工艺控制都非常重要。利用发射光谱法对压缩波导微波CH_4/H_2等离子体化学气相沉积金刚石薄膜过程中的等离子体进行了光谱诊断,确定了等离子体发射光谱中的主要谱线和电子跃迁:H原子Balmer线系的H_α(656.30nm)、H_β(486.25nm)和H_γ(434.56nm),H分子Fulcher-α(d~3Π_u-a~3Π_g)谱带,CH C~2ΔΣ~+-X~2Π、B~2Σ-X~2Π和A~2△-X~2Π谱带,C_2 Swan带系、C_2 Mulliken(d~1Σ_u~+-x~1Σ_g~+)谱带以及C_2 Deslandres-DAzambuja(C~1Π_g-b~1Π_u~+)谱带。通过测量水平和垂直方向等离子体的光谱,给出了微波CH_4/H_2等离子体球在水平和垂直方向上的空间分布:水平方向,等离子体强度从中心向两边递减:垂直方向,等离子体强度由下往上递减,含碳基团的谱线强度由中间向两边递减。研究了气压和甲烷浓度对CH(430.85nm),C_2(516.08nm),H_β(486.25nm)和H_γ(434.56nm)谱线辐射强度的影响,随着气压的身高,等离子体内的特征基团先上升会下降,且在25kPa达到最大值:随着甲烷浓度的身高,等离子体内的特征基团都有所上升,其中C_2 Swan带系的上升最为明显,且等离子体内部的电子温度随着甲烷浓度的升高而升高。实验所得结果为金刚石薄膜沉积过程中优化沉积参数,控制沉积过程提供相关依据。……