.246 北京科技大学学报 1994年No.3 1实验方法 实验样品是用微波等离子体CVD方法11制备的金刚石薄膜，其沉积工艺参数见表1. 衬底是(100)取向的单晶硅片， 表1金刚石薄膜样品沉积工艺参数 Table 1 Deposition parameters for diamond film samples 试样号 气体组成/% Tw/℃ t m/h CH, 02 H, D 280 87 4.3 87.0 48 D, 380 5.0 2.0 93.0 65 D 425 5.0 0 95.0 24 D 720 2.0 1.0 97.0 24 D 725 0.5 0 99.5 24 D 840 2.0 0.5 97.5 24 用扫描电镜观察其表面形貌，用透射电子显微术进行了组织结构分析，透射薄膜样品 的制备方法如下：将已沉积好的金刚石薄膜带与硅衬底一起切成约3mm㎡×3mm小块，而后将 其浸人氢氟酸和硝酸混合溶液中没泡，待硅衬底溶掉后将金刚石薄膜捞出清洗干净，随即 粘在Φ3mm的单孔网上，然后进行离子减薄，透射电镜的观察是在H-800电镜200kV下 进行的， 2实验结果及讨论 2.1氧对金刚石薄膜表面形貌和晶粒形态的影响 扫描电镜观察表明：当气源中不加氧时，在425℃和725℃沉积的金刚石薄膜均呈聚 晶团形态，425℃时晶团为球形，725℃时聚晶团呈现不规则的多面体形态（见图1a、 1b)；当有氧气加入气源后，金刚石晶体的生长发育明显变好，金刚石晶粒的晶形非常清晰 (见图1c,1d),即使在温度较低的380℃沉积的薄膜中也可见到非常规则的金刚石晶 粒，在温度较高的720℃沉积的金刚石薄膜中晶粒更加完整，立方八面体的金刚石晶粒清 晰可见，立方八面体是由6个(100)面和8个(111)面组成的.从图1d还可以看出在720℃ 沉积的薄膜中其晶粒取向并不一致，扫描电镜观察还表明在280℃低温下沉积的金刚石薄 膜为微晶（见图2），晶粒尺寸为0.1~0.2m.在这样低的沉积温度下，由于有氧加人气 源，金刚石晶粒的晶形仍十分清晰，如果没有足够数量的氧加人是不可能沉积金刚石薄膜的[6. 2.2金刚石立方八面体生长的结构特征 图3为D,在720℃、2%CH、1%O2沉积24h金刚石薄膜的透射电镜照片和电子衍射 照片.图3a中的晶粒是一个[110]取向的晶粒，晶粒中显示有4个衬度不同的区域.在2个村 度较深的对顶部分有相同的电子衍射花样（见图3弘），表明在这两个区域中均有密度很高的2 4 6 北 京 科 技 大 学 学 报 1更辫 年 N b . 3 1 实验方法 实验 样 品是 用 微 波等 离 子 体 C V D 方 法 15[ 制 备的 金 刚 石薄膜 . 其沉 积 工 艺 参 数见 表 L 衬底是 ( 10 )0 取 向 的单晶硅 片 . 裹 1 金刚石薄腆样品沉积工 艺参数 aT 缺 I n 甲目山 Ix 脾田娜 . 比门 fro 山明峨团 五匕, 助拌. 试样号 T 衬 /℃ 气体组成 / % C H 4 0 2 H Z 艺沉 / h 87 48652 . 0 93 . 0 95 . 0 97 . 0 卯 . 5 97 . 5 .4320 0 几乌巩.o4D 4257083254 ..052.8750 .1005 用 扫描 电镜观 察其 表 面形貌 , 用透射 电子 显微 术 进 行 了组 织 结 构 分 析 . 透 射薄 膜 样 品 的制备方 法 如下 : 将已 沉积 好 的金 刚石薄膜带与硅衬底一起切成约 3 ~ X 3 n 甘n 小块 , 而后将 其 浸人氢 氟酸和硝 酸混 合溶 液 中浸泡 , 待硅 衬底 溶 掉 后 将金 刚石 薄 膜 捞 出 清洗 干净 , 随 即 粘 在中 3 ~ 的单 孔 网上 , 然 后 进 行离 子减 薄 . 透 射电镜 的观 察 是 在 H 一 8 0 电镜 2 0 k V 下 进 行 的 . 实验 结果及 讨论 饭对金 刚石薄腆表 面形 貌和 晶粒形 态的影响 扫描 电镜观 察表 明: 当气源 中不加 氧 时 , 在 4 25 ℃ 和 7 25 ℃ 沉 积 的金 刚 石 薄膜 均 呈 聚 晶 团形 态 , 4 25 ℃ 时 晶 团 为 球 形 . 7 25 ℃ 时 聚晶 团 呈 现 不规 则 的 多 面 体 形 态 (见 图 l a 、 lb ) ; 当有 氧气加 人气 源后 , 金 刚石 晶体的生长发 育明显 变好 , 金刚石 晶 粒 的 晶 形非 常清晰 ( 见 图 I c 、 ld) , 即使在 温 度 较 低 的 3 80 ℃ 沉 积 的薄 膜 中也 可 见 到 非 常 规 则 的金 刚 石 晶 粒 , 在温 度较 高的 7 20 ℃ 沉积 的金 刚石 薄膜 中晶 粒 更加 完 整 , 立 方八 面 体 的金 刚石 晶 粒 清 晰可 见 . 立方八面体是 由 6 个 ( 10 0) 面和 8 个 ( 1 1 1) 面 组成 的 . 从 图 dl 还 可 以 看 出在 7 20 ℃ 沉积 的薄 膜 中其 晶粒 取 向并不 一致 . 扫描 电镜观 察 还 表 明在 2 80 ℃ 低 温下 沉 积 的金 刚石 薄 膜为 微晶 (见 图 2) , 晶粒 尺寸 为 0 . 1 一 .0 2 召m . 在这 样 低 的 沉积 温 度 下 , 由于 有 氧加 人 气 源 , 金刚石晶粒 的 晶形 仍十分 清晰 , 如果没有足够数量 的氧加人 是不 可能沉 积金 刚石薄膜 的【6 〕 . 2 . 2 金刚石立方八面 体生 长的 结构特征 图 3 为 D ; 在 7 20 ℃ 、 2 % C H 4 、 1% 0 2 沉 积 24 h 金 刚 石 薄 膜 的透 射 电镜 照 片 和 电 子 衍 射 照 片 . 图 a3 中的晶粒 是一 个 【1 10] 取 向的晶粒 , 晶粒中显示有 4 个衬度不 同的区域 . 在 2 个衬 度较 深 的对顶部 分有 相 同 的电子衍 射花 样 (见 图 3 b) , 表 明在 这两个 区域 中均有 密 度很 高 的