也证实了SC过渡层的存在。本研究的X-射线衍射结果(700℃)提供了SiC过渡层存在于金 刚石薄膜和单品硅衬底之间的又一实验证据。不仅如此，本文还发现在与本文中700℃沉积 相类似的条件下，在Mo,Cr,W,Ti,Zr,Hf,Ta,Nb等碳化物形成元素衬底上均存在 碳化物过渡层。因此，金刚石在单晶硅上气相生长的机制很可能是首先在硅表面上形成一 层SC过渡层，金刚石晶粒则在SC上形核。按照这个控制，应该存在}一个形核前的孕育 期。但采用金刚石粉对衬底进行预处理可以使孕育期大大缩短。本研究与Wi1iam等c7)不 同的地方是过渡层为a-SiC,不是B-SiC。这可能是两者工艺条件不相同的缘故。 在低温下沉积的金刚石薄膜，至今尚未见任何有关界面过渡层的公开报导。本研究结果 表明在580℃以下温度沉积的金刚石薄膜，界面过渡层除4-SiC外，还存在SiO2。这是迄今 为止未见报导的，出乎预料的结果。在反应气体中含有一定数量的氧并不是形成SO,的唯一 原因，在700℃，2%CH4沉积条件下多达3%的氧也未能促使SiO2过渡层的形成。看来应该 从热力学的角度去考虑SC和SiO2的生成条件，但由于在等离子体激发状态下化学反应远远 偏离平衡条件，任何定量或定性的计算均非易事。我们认为，一个很可能的解释是，在有氧 存在的条件下，较高温度有利于SC的形成，而在较低温度下由于碳的扩散显著变慢，SO2 的生成也就成为可能。值得指出的是，低温沉积金刚石薄膜界面过渡层中SO2成分的存在 将给应用带来很大的影响，其利与弊以及如何形成100%SiO:或完全避免其存在将是一个长 期而困难的课题。 本研究中发现在较高温度时(700℃)，观测的金刚石面间距数与天然金刚石颗粒(ASTM, 6-0675)数据有着非常好的吻合（见表3）。在较低沉积温度下则存在微小但明显的偏差， 且存在明显的织构趋势。面间距的偏差表明膜中存在应力。表3数据表明内应力有随沉积温 度降低而升高的趋势，这和一般薄膜内应力随沉积温度的变化规律是完全一致的。金刚石薄 膜的择优取向则与生长工艺参数密切相关：)，不完全是由于沉积温度影响的结果。 4结 论 (1)在700℃时，气相生长金刚石薄膜与硅衬底之间存在a-SC过渡层，属六方品系 a=0.3073nm,c=5.278nm。 (2)在580℃以下直至290℃沉积的金刚石薄膜，界面过渡层由a-SiC刚氧化硅(Si0:)所 构成。&-SiC发现存在两种结构，一种与较高温度下(700℃)出现的相同，另一种a= 0.3073nm,c=3.77nm,它们均为c-SiC的多形体(poly-typc)。SiOz也发现存在两种结构， 分属伪六角晶系和单斜晶系。 (3)在较高温度(700℃)沉积的金刚石薄膜，金刚石面间距观测值与天然金刚石面间距 值吻合得好。在较低温度，存在微小偏差，且有存在织构的倾向。面问距的偏差表明膜中存 在内应力，本研究结果表明存在内应力随沉积温度的降低而增加的趋势。 参考文献 1 Lion Y,Inspeklor A,Weimer R,Kneght D and Messicr R.J,Maler, Res.,1990,5(11):2305 2 Kawato T and Kondo K.Jpn.J.Appl.Phys,,1987,26:1429 428也证实了 过 渡 层的存在 。 本研究 的 一 射线衍射结果 ℃ 提供 了 过渡层存在于金 刚石薄膜和单晶硅衬底 之 间的又一实验证据 。 不仅如此 ， 本文 还发 现在与本文 中 。 。 ℃ 沉 积 相类似 的条 件下 ， 在 ， ， ， ， ， ， ， 等碳 化物形成元素衬底上均 存 在 碳 化物过 渡 层 。 因 此 ， 金 刚 石 在 单 晶硅上气相生 长的机 制很 可能是首先 在硅 表面上形戍一 层 过 渡层 ， 金 刚石晶粒则在 上形核 。 按 照 这个控制 ， 应该存在凳 个 形 核 前 的 孕 育 期 。 但采 用金刚石粉对衬底 进行预处理 可以使孕 育期大大缩短 。 本 研 究 与 。 等 〔 ’ 不 同的地方是过渡层为 一 ， 不是户 。 这 可 能是两者工艺条 件不相 同的缘故 。 在 低温 下 沉积 的金 刚石薄膜 ， 至今 尚未见任何 有关 界面过 渡层 的公开报导 。 本研究结果 表 明在 ℃ 以 下温 度 沉积的金刚石薄膜 ， 界面过渡层除 一 外 ， 还存在 。 这 是 迄 今 为止未见报导 的 ， 出乎预料 的结果 。 在反应气体 中含有一定数 量 的氧并不是形成 的唯一 原因 ， 在 ℃ ， 沉积条 件下多达 写的氧 也未 能促使 过渡层 的形成 。 看来 应 该 从热 力学的角度去考 虑 和 的生成条件 ， 但 由于在等离 子 体激发状态 下化学反应远远 偏离 平衡条件 ， 任何定量 或定性 的计算均非易 事 。 我们 认为 ， 一个很可能的解释是 ， 在有氧 存在 的条 件下 ， 较高温度 有利于 的形成 ， 而在较 低温度 下 由于碳的扩散显著变慢 ， 的生成也就成为可能 。 值得指出的是 ， 低温 沉积金 刚石薄膜 界面过 渡层中 成分 的 存 在 将 给应 用带来很大的影 响 ， 其利与弊以及如何形成 或 完全避免其 存 在将是一个 长 期而 困难的课题 。 本研究 中发 现在较 高温度时 。 ℃ ， 观 测的金刚石面间距数与天然 金 刚石颗 粒 ， 一 。 数据有着非常好的吻合 见 表 。 在较低沉积温度下则存在微小但 明显的 偏 差 ， 且存在 明显的织 构趋势 。 面间距的偏 差表 明膜 中存在应 力 。 表 数据 表明 内应力有随沉积温 度降低而升 高的趋势 ， 这和一般薄膜 内应 力随沉积温度的变化规律 是完全一致 的 。 金 刚石薄 膜的择优取向则与生长工艺参数密切相关 匕’ 〕 ， 不完全是由于 沉积温度影响的结果 。 结 论 在 ℃ 时 ， 气相生长金 刚石 薄膜 与硅衬底之 间存 在 一 过 渡 层 ， 属 六 方 品 系 二 。 ， 。 。 在 ℃ 以下直至 ℃ 沉积的金 刚石薄膜 ， 界 面过 渡层 由 一 和 氧化 硅 ， 所 构成 。 一 发 现存在两种结构 ， 一种与较 高 温 度 下 ℃ 出 现 的 相 同 ， 另 一 种 。 二 ， 二 ， 它们均为 一 的多 形体 一 。 也发 现存 在两种结构 ， 分属 伪六角 晶系和单 斜 晶 系 。 在较高温度 ℃ 沉积的金 刚石薄膜 ， 金刚石 面 间跄观 测值与天然 金 刚石 面 间 距 值吻合得好 。 在较低温 度 ， 存在微小偏差 ， 且有存在织 构 的倾向 。 面 间距 的偏差表 明膜 中存 在 内应力 ， 本研究结果 表 明存在 内应力随沉积温度 的降 低而增 加 的趋势 。 参 考 ， ， ， ， 文 献 ， 卜 ， ， 入