物理实验第20卷第4期 改建CVD系统制备金刚石薄膜 邓道盛庞举徐新民马秀芳沈元华 (复旦大学物理系上海200433) 摘要用一台常规的真空镀膜机改建为化学气相沉积(VD)系统,并用以制备了金刚石薄膜讨论了用 CVD方法制备金刚石膜作为一个新的现代化物理教学实验的优点 关键词物理实验改革化学气相沉积金刚石薄膜 空),改造为用热灯丝法在甲烷和氢气中制备金 刚石膜的CVD系统增加的仪器设备包括 化学气相沉积( Chem ical V apor台用于灯丝加热的3变压器,一台控制和指 Deposition,简称CVD)是一种重要的薄膜制备示甲烷和氢气流量的质量流量计,一台测量灯 技术它具有装置比较简单,淀积率高,化学丝温度的光测高温计,一台粗真空气压计和 组分易控制,耐熔材料的淀积温度低于真空蒸些自制设备整体安装如图1所示为了安全, 发的温度,可淀积多元素合金等优点,因而在氢气和甲烷都不用1.5×10Pa的高压钢瓶氢 生产和科研中被广泛采用)在最近公布的世气用小型高纯吸附式钢瓶(最高气压约2.5 行贷款基础物理实验仪器设备清单中,VD装10Pa),甲烷则采用橡皮袋其中,使钨丝在高 置被作为“综合实验与现代物理实验”设备列 (2000℃以上)下保持平直不变形是一项关 入 键技术国外有采用粗钨棒代替钨丝或用中途 在过去的物理实验中,一般有PVD(Phy支撑的方法,但前者所需功率太大,后者结构 ical V apor Deposition)系统,如真空镀膜机复杂,都不适宜给学生做实验我们试制成 等,但很少有CVD系统的为了让学生掌握这种用高温弹簧固定的方法解决了这个问题,用 种重要的薄膜沉积技术,我们尝试在综合实验很小的功率达到所需的温度钨丝仍保持平直, 中师生一起把一台常规的真空镀膜机(北京仪保证了沉积薄膜的均匀性 器厂DM-450型)改建为CVD系统,并在其上 合气体人口 制备出了金刚石薄膜选择金刚石膜作为CVD 系统的制膜对象,是因为它本身是一种近年来 质量流量计 底座 新发展的高新技术,在超硬膜、耐蚀膜、增透 水冷 膜、热沉膜等许多方面有重要应用并且,它 不象其他许多CVD系统那样有剧毒或有严重 腐蚀性,因而比较安全,适合学生实验 热电偶 2设备的改造 图1用CVD方法制备金刚石膜的装置图 我们利用原有的一台扩散泵已损坏的3金刚石薄膜的制备 DM-450镀膜机(CVD系统一般不需要高真 采用上述设备,在硅片上制备金刚石膜的 复旦大学物理系本科生 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved.改建CVD 系统 制备金刚石薄膜 邓道盛Ξ 庞 举 徐新民 马秀芳 沈元华 (复旦大学物理系 上海 200433) 摘 要 用一台常规的真空镀膜机改建为化学气相沉积 (CVD ) 系统, 并用以制备了金刚石薄膜. 讨论了用 CVD 方法制备金刚石膜作为一个新的现代化物理教学实验的优点. 关键词 物理实验改革 化学气相沉积 金刚石薄膜 1 引 言 化 学 气 相 沉 积 ( Chem ical V apo r D epo sition, 简称CVD ) 是一种重要的薄膜制备 技术. 它具有装置比较简单, 淀积率高, 化学 组分易控制, 耐熔材料的淀积温度低于真空蒸 发的温度, 可淀积多元素合金等优点, 因而在 生产和科研中被广泛采用〔1〕 . 在最近公布的世 行贷款基础物理实验仪器设备清单中, CVD 装 置被作为“综合实验与现代物理实验”设备列 入. 在过去的物理实验中, 一般有 PVD (Phy2 sical V apo r D epo sition) 系统, 如真空镀膜机 等, 但很少有CVD 系统的. 为了让学生掌握这 种重要的薄膜沉积技术, 我们尝试在综合实验 中师生一起把一台常规的真空镀膜机 (北京仪 器厂DM 2450 型) 改建为CVD 系统, 并在其上 制备出了金刚石薄膜. 选择金刚石膜作为CVD 系统的制膜对象, 是因为它本身是一种近年来 新发展的高新技术, 在超硬膜、耐蚀膜、增透 膜、热沉膜等许多方面有重要应用〔2〕 . 并且, 它 不象其他许多 CVD 系统那样有剧毒或有严重 腐蚀性, 因而比较安全, 适合学生实验. 2 设备的改造 我们利用原有的一台扩散泵已损坏的 DM 2450 镀膜机 (CVD 系统一般不需要高真 空) , 改造为用热灯丝法在甲烷和氢气中制备金 刚石膜的 CVD 系统. 增加的仪器设备包括一 台用于灯丝加热的 3kW 变压器, 一台控制和指 示甲烷和氢气流量的质量流量计, 一台测量灯 丝温度的光测高温计, 一台粗真空气压计和一 些自制设备. 整体安装如图 1 所示. 为了安全, 氢气和甲烷都不用 115×107 Pa 的高压钢瓶: 氢 气用小型高纯吸附式钢瓶 (最高气压约 215× 106 Pa) , 甲烷则采用橡皮袋. 其中, 使钨丝在高 温 (2000℃以上) 下保持平直不变形是一项关 键技术. 国外有采用粗钨棒代替钨丝或用中途 支撑的方法, 但前者所需功率太大, 后者结构 复杂, 都不适宜给学生做实验. 我们试制成一 种用高温弹簧固定的方法解决了这个问题, 用 很小的功率达到所需的温度, 钨丝仍保持平直, 保证了沉积薄膜的均匀性. 图 1 用CVD 方法制备金刚石膜的装置图 3 金刚石薄膜的制备 采用上述设备, 在硅片上制备金刚石膜的 物理实验 第 20 卷 第 4 期 3 Ξ 复旦大学物理系 本科生 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved