m.h第 1 8卷 第 5期 1 9 9 6年 1 0月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i ty o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o gy B e ji ni g V 0 1 。 18 N 0 . 5 O C t 。 1 9 9 6 低 温沉积金 刚石 薄膜 的红外光学性 能 * 王建军 吕反修 北 京科技 大学材料科学与 工 程 系 , 北京 10 0 0 83 摘要 采用 微波 等离子体 C V D 两段式低 温沉积技术 , 在 7 0 一 4 0 ℃ 温度范围 内沉 积了 红外增 透性 良好 的金 刚石 薄膜 . 结果 表明 , 采用 高甲 烷浓度可 以 实现较低沉积 温度 下 的高密度形核 , 获 得光学平整的金刚石薄膜 . 施加直流偏压的方法在低温下对金 刚石形 核的促进 作用 不 明显 . 实验 观测到的 最大增透率达 20 % , 最大红外透射率接近 8 0 % , 可满 足不同气氛下金刚石容器 的应用 . 关键词 金 刚石薄膜 , 低温沉积 , 红外光学 中图分类号 T Q 16 4 由于 一般 光 学衬底 材 料 不能 承 受通 常 c v D 金 刚石膜 的沉积 温 度 ( 8 0 一 1 0 0 ℃ ) , 金 刚 石膜 的沉 积必 须 在较 低温 度下 进行 〔’ ,2] 作者 曾采 用微 波等 离 子体 C V D 技 术 , 在沉 积气 氛 中 引入 大 量 氧 的方 法在 单 晶硅 衬 底上 于 最低 为 2 80 ℃ 的衬底 温 度 下 , 实 现 了 多 晶 金 刚石 膜 的 低温 沉 积 l3,4 ! . 本文 对微 波 等 离子 体 C v D 低 温 沉 积金 刚 石膜 的红外 光 学 性 能进 行 了 讨论 ; 还 分 别 试验 了 施 加直 流偏 压和 在形 核期 采 用高 甲烷浓 度 的方法 促 进金 刚石 的高密度 形 核 . 1 实 验方 法 金 刚 石薄膜 沉积 采 用微波 等 离子 体 CV D 方法 , 在 C H 4 一 0 2 一 H Z 系 统 中进行 , 所 用 的沉 积装 置及 有 关技 术 细节 可见 文 献 3[ , 4] . 为保 证低 温 沉积 金 刚石 的质 量和 薄膜 的光学 平 整度 , 采 用 阶段 式 沉积 方 法 , 即第 1 阶段 在 金 刚石 膜 形核 期 用施 加 直 流 负偏 压 或提 高 甲烷 浓 度来 增 加 金 刚 石 的形 核 密度 , 以 确保 获 得光 学 平 整 的薄 膜 表 面 ; 第 2 阶段 降低 甲烷 浓度 , 并 在 反 应 气体 中加入 氧气 , 以 提 高金 刚石 薄膜 的生 长质 量 . 实 验 所 用 衬 底 材 料 为 (l 0 0) 取 向 的 双 面 抛 光 的 单 晶 硅 片 , 厚 度 为 .0 5 ~ . 硅 衬 底 在 40 巧m 的金 刚石 微粉 悬 浮液 中进 行 超 声波研 磨 处 理 Z h . 施 加 负偏 压 时采 用 了 置 于等 离子 体 上方 的辅 助 电极 5[] . 本研 究 所 用金 刚 石薄 膜 的 表征 手 段 为 : 用 扫描 电 镜 (S E M )观 察 薄 膜形 貌 ; 用 选 区 电子 衍射 (s A D ) 进行金 刚石相 鉴定 ; 用红 外分 光光 度 计测 量金 刚石 薄膜 的红外 光学 透过 性 . 2 实验结果及讨论 实验 工艺 参数列 于 表 1 . 19 9 6 一 0 5 一 18 收稿 第 一 作者 男 3 0 岁 硕 士 国 家 “ 8 6 3 ” 计划项 目