近代物理实验 【实验步骤与数据处理】 1.准备实验材料 a.硅片解理:取一大的硅片解理成大小可分辨的三小块,分别由大到小进行手工研磨 (用0.5um的金刚石抛光膏研磨15分钟)、超声处理(约10分钟)以及不做任何处理。 制备灯丝:取一段直径为0.8mm,长约1lcm的钨丝,经砂纸打磨之后,用螺丝绕成螺 旋形灯丝。 C.将上面三片硅片以及一段己经加热去氧化的钨丝用无水乙醇进行超声清洗后用滤纸吸 干 d.将以上4种衬底用双面胶依次粘在厚度为5mm的石墨垫片上 2.CVD金刚石的生长 a.安装灯丝,并打开冷却水 将反应室抽至所要求的真空度(<5Pa) C.通20A电流3分钟,去除钨丝表面的氧化物。 d.再将准备好的石墨垫片放在反应室里,并使得灯丝与衬底的排列方向一致,并且测出 灯丝距衬底的距离为4.8mm e.通入Ar,H2与CH4,使得流量计的指示依次为50SCM,100sCCM,3.00SCCM(实际 试验数值是H2为102SCM,CH4为216SCM,Ar仍然是50SCM。并保持反应室 内的工作气压大约为0.006MP(通过针阀控制气压)。 将灯丝通电加热,时间大约120mins,这个过程要保持电流在55A,所以调压变压器电 压从开始的190V要慢慢加大,最大可到230V。 g.金刚石膜长成后先关闭CH4,然后逐渐减低灯丝温度,直至切断电源,关闭H2和 Ar,让系统冷却大约十分钟,最后关闭机械泵和水冷,即可取出样品(取出样品时 要慢慢放气,防止样品被吹走) h.最后将反应室抽真空,最后关闭机械泵 3.用扫描电镜观察金刚石的生长情况,大概数据如下表格: 处理方法 金刚石颗粒大小金刚石生长面积生长状况 手工研磨硅基 100 由于生长时间较长, 生长的比较厚,所以 覆盖度很高 超声研磨硅基 不知是何原因,没有 观察到金刚石,只有 些不明基团 无任何处理硅基 生长的很好,棱角清 晰,晶面也很清晰 钨丝(去氧化) 10.3m 20%30 棱角比较模糊,不过 晶面比较明显 【思考题与讨论】 思考题 a.化学气相沉积金刚石膜最为关键之处是什么? 第3页共5页近 代 物 理 实 验 第 3 页 共 5 页 【实验步骤与数据处理】 1. 准备实验材料 a. 硅片解理：取一大的硅片解理成大小可分辨的三小块，分别由大到小进行 手工研磨 （用 0.5um 的金刚石抛光膏研磨 15 分钟）、超声处理（约 10 分钟）以及 不做任何处理。 b. 制备灯丝：取一段直径为 0.8mm，长约 11cm 的钨丝，经砂纸打磨之后，用螺丝绕成螺 旋形灯丝。 c. 将上面三片硅片以及一段已经加热去氧化的钨丝用无水乙醇进行超声清洗后用滤纸吸 干。 d. 将以上 4 种衬底用双面胶依次粘在厚度为 5mm 的石墨垫片上。 2. CVD 金刚石的生长 a. 安装灯丝，并打开冷却水。 b. 将反应室抽至所要求的真空度（<5Pa）。 c. 通20A 电流3分钟，去除钨丝表面的氧化物。 d. 再将准备好的石墨垫片放在反应室里，并使得灯丝与衬底的排列方向一致，并且测出 灯丝距衬底的距离为4.8mm。 e. 通入Ar，H2 与CH4 ，使得流量计的指示依次为50 SCCM，100SCCM，3.00SCCM（实际 试验数值是 H2 为102SCCM，CH4 为2.16 SCCM，Ar仍然是50 SCCM）。并保持反应室 内的工作气压大约为0.006 MP（通过针阀控制气压）。 f. 将灯丝通电加热，时间大约120mins，这个过程要保持电流在55A ，所以调压变压器电 压从开始的190V要慢慢加大，最大可到230V。 g. 金刚石膜长成后先关闭 CH4 ，然后逐渐减低灯丝温度，直至切断电源，关闭 H2 和 Ar ，让系统冷却大约十分钟，最后关闭机械泵和水冷，即可取出样品(取出样品时 要慢慢放气，防止样品被吹走)。 h. 最后将反应室抽真空，最后关闭机械泵。 3. 用扫描电镜观察金刚石的生长情况,大概数据如下表格： 处理方法 金刚石颗粒大小 金刚石生长面积 生长状况 手工研磨硅基 3—4 μm 100% 由于生长时间较长， 生长的比较厚，所以 覆盖度很高 超声研磨硅基 不知是何原因，没有 观察到金刚石，只有 一些不明基团 无任何处理硅基 8 μm 80% 生长的很好，棱角清 晰，晶面也很清晰 钨丝（去氧化） 10.3 μm 20%--30% 棱角比较模糊，不过 晶面比较明显 【思考题与讨论】 1. 思考题 a. 化学气相沉积金刚石膜最为关键之处是什么？