热丝CVD金刚石薄膜沉积:等离子体发射光谱分析

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"热丝CVD沉积金刚石薄膜过程中的发射光谱研究" 本文详细探讨了在热丝化学气相沉积(HFCVD)过程中,利用甲烷/H2/Ar和丙酮/H2/Ar两种碳源制备金刚石薄膜时的等离子体发射光谱(OES)特征。发射光谱是一种广泛用于等离子体过程检测和诊断的技术,它能够揭示等离子体内部的化学反应和物理变化。 在实验中,研究团队对两种碳源下的等离子体进行了原位在线测量,以理解不同碳源如何影响金刚石薄膜的沉积过程。结果显示,尽管两种碳源下的主要基团种类大致相同,但它们的光谱特性有显著差异。在丙酮/H2/Ar体系中,CH谱线表现得最为尖锐,而且未观察到H2谱线,这表明在该体系中H2可能被快速消耗或者与其他组分反应。随着气压的增加,Ha谱线强度下降,而其他基团的强度在约3.5 kPa时达到峰值。相比之下,CH4/H2/Ar体系中,Ha谱线的强度最大,且能观察到H2谱线的存在,显示出不同的反应机制。 此外,Ar基团的谱峰位置在两种碳源中也有所不同,丙酮体系中出现在433.36 nm,而在CH4体系中则出现在794.8 nm。这种差异可能与Ar在不同碳源中的作用以及它与CH或H2的相互作用有关,进一步说明了碳源选择对等离子体性质及沉积过程的影响。 这项工作对于理解热丝CVD沉积金刚石薄膜的过程具有重要意义,因为等离子体的性质直接影响到薄膜的质量和性能。通过对等离子体的精细控制,可以优化沉积条件,从而获得更理想的金刚石薄膜,应用于各种高科技领域,如半导体器件、光学涂层和机械工具等。 关键词:薄膜;热丝化学气相沉积;金刚石薄膜;丙酮/氢气/氩气等离子体;发射光谱 中图分类号:O536 文献识别码:A doi:10.3788/LOP52.103003 这项研究不仅增加了我们对热丝CVD过程的深入理解,也为未来改进金刚石薄膜的合成工艺提供了理论依据和实验参考。通过细致的光谱分析,科研人员可以更精确地调整反应参数,实现对金刚石薄膜特性的调控,推动相关技术的发展。