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，低压气相合成钻石的成核密度和生长速率受底物表面状态的极大影响。特别是，在形成氧化物和碳化物的底物中，钻石生长状态和成核密度取决于极表面的氧化和碳化程度显着不同。因此，将Si底物氧化或碳化为预处理，并观察并研究了底物上的钻石的过程。使用HF溶液除去SI底物上存在的氧化物层。此外，将去除的Si晶片被自然氧化的样品用作底物。为了使氧化物层厚度约几百nm，在蒸汽气氛中的电炉中进行热氧化。通过热丝细丝CVD方法，在这些Si底物上存在不同氧化物层厚度的Si底物上合成了钻石。通过SEM观察到底物和钻石生长的表面状况。 XP进行了分析，以研究合成之前和之后底物的表面状态和底物内部的组成。考虑到通过使用XPS AR溅射测量的Si底物上和之后的深度方向的组成变化，可以看出，尽管合成前Si底物的表面附近存在天然氧化物层，但它在钻石合成后消失。当研究钻石成核密度相对于氧化物层的厚度之间的关系时，钻石成核密度相对于氧化物层的厚度单调增加，但此后会大大降低。该实验结果表明，大约几个nm的氧化层厚度适用于Si底物上的钻石成核。先前的研究结果表明，碳化作为底物的预处理对钻石成核具有显着影响。比较钻石合成之前和之后的Si底物和碳化底物的Si_ <2p>峰，可以看出，SIC层存在于钻石合成基板和碳化底物的表面上，并且非常相似。这些结果表明，随后的反应的存在和碳化层的形成在钻石的成核中起重要作用。

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