気相成長ダイヤモンドにおける基板表面酸化層の影響

基体表面氧化层对气相生长金刚石的影响

• 批准号: 05750061
• 负责人: 平栗 健二
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tokyo Denki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750061/
• 关键词: ダイヤモンド; 核発生; 成長速度; 基板表面; 酸化層; 熱処理

低圧気相合成ダイヤモンドの核発生密度や成長速度は、基板の表面状態に大きく影響を受けることが知られている。特に、酸化物や炭化物を形成する基板では、極表面の酸化度、炭化度によりダイヤモンドの成長状態や核発生密度が顕著に異なる。そこで、Si基板を前処理として酸化や炭化させ、その基板上でのダイヤモンドの成長過程を観察検討した。Si基板上に存在する酸化層の除去は、HF溶液により行った。また、除去後のSiウエハを大気中で自然酸化させた試料を基板に用いた。酸化層の厚さを数百nm程度にするため、水蒸気雰囲気中で電気炉により熱酸化処理を施した。これらSi基板表面に存在する酸化層厚の異なるSi基板上にホットフィラメントCVD法によりダイヤモンドを合成した。基板の表面状態やダイヤモンド成長の観察は、SEMにより行った。合成前後の基板表面状態および基板内部の組成を検討するためにXPSにより分析した。XPSによりArスパッタリングで測定したSi基板のダイヤモンドの合成前後の深さ方向組成変化を考察すると、合成前のSi基板には表面付近に自然酸化層が存在するが、ダイヤモンド合成後には消滅することが分かる。酸化層の厚さに対するダイヤモンド核発生密度の関係を調べると、酸化層厚に対してダイヤモンドの核密度は、単調に増加するがその後急激に減少する。この実験結果からSi基板上でのダイヤモンド核形成には、数nm程度の酸化層厚が適していることが分かる。これまでの研究成果から基板の前処理として炭化することによってダイヤモンドの核形成に多大な影響があることが分かっている。ダイヤモンド合成前後のSi基板および炭化処理基板のSi_<2P>ピークを比較すると、ダイヤモンド合成基板と炭化処理基板の表面にはSiC層が存在し、よく似ていることが分かる。これらの結果から、ダイヤモンドの核発生には酸化層の存在とその後の反応による炭化層の形成が重要な働きをしていることが示唆された。

众所周知，低压气相合成金刚石的成核密度和生长速率受基体表面状况的影响很大。特别是，在形成氧化物或碳化物的基材的情况下，金刚石生长状态和成核密度根据极端表面的氧化和碳化程度而显着变化。因此，对Si基体进行氧化碳化作为预处理，观察和研究金刚石在基体上的生长过程。使用 HF 溶液去除 Si 衬底上存在的氧化层。另外，使用将取出后的Si晶片在空气中自然氧化而得到的样品作为基板。为了将氧化层的厚度减少至数百nm，在电炉中在蒸汽气氛中进行热氧化处理。通过热丝 CVD 在这些具有不同氧化层厚度的 Si 基底上合成金刚石。使用SEM观察基体的表面状况和金刚石的生长。进行XPS分析以检查合成前后的基材表面状态和基材的内部组成。考虑利用XPS通过Ar溅射测量Si基底上合成金刚石前后深度方向的成分变化，发现合成前Si基底表面附近存在自然氧化层，但在金刚石合成后该自然氧化层消失。 我明白。研究金刚石成核密度和氧化层厚度之间的关系，我们发现金刚石成核密度相对于氧化层厚度单调增加，但随后迅速减小。该实验结果表明，几纳米的氧化层厚度适合金刚石在硅基底上成核。先前的研究结果表明，碳化作为基体的预处理对金刚石成核具有显着影响。对比金刚石合成前后的Si基体和碳化基体的Si_ 2P>峰，可以看出，金刚石合成基体和碳化基体的表面都存在SiC层，并且它们非常相似。这些结果表明，氧化物层的存在以及通过后续反应形成的碳化层在金刚石成核中发挥着重要作用。

项目成果

Kenji KOBAYASHI et al.: "Synthesis of diamond on substrate with mechanical treatment by rf plasma..." Plasma Source Science & Technology. 2. 18-22 (1993)

Kenji KOBAYASHI 等人：“通过射频等离子体进行机械处理在基材上合成金刚石......” 等离子体源科学

Kenji KOBAYASHI et al.: "Diamond nucleation for the pretreatment of substrate" Diamond & Related Materials. 2. 278-284 (1993)

Kenji KOBAYASHI 等人：“用于基材预处理的金刚石成核” 金刚石