大面積低溫微波電漿輔助化學氣象沉積薄膜之研究

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姓名

陳家豪(Chia-Hao Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

大面積低溫微波電漿輔助化學氣象沉積薄膜之研究

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摘要(中)

本實驗採用大面積化微波電漿輔助化學氣相沉積系統，研究沉積鑽石薄膜的最佳參數。本研究分為兩個階段，第一階段為改良天線陣列區Arc現象及測試系統的穩定度；第二階段，待系統穩定後，藉由改變系統總壓力及甲烷（CH4）、氫氣（H2）流量等參數，來研究對薄膜品質的影響。另外我們以拉曼散射光譜儀、X-ray繞射儀、掃描式電子顯微鏡及傅立葉紅外光譜儀來鑑定薄膜的特性。在氫氣（H2）流量300 sccm、甲烷（CH4）流量50 sccm、抽氣閥門控制開關在5%的位置、微波功率700W、鍍膜48小時，結果在電子顯微鏡下的表面顆粒結晶較多，經傅立葉紅外光譜儀分析沒有C-H鍵結，X-ray繞射儀沒有明顯的特性峰，薄膜表面結晶顆粒大約在10 nm ~ 20 nm之間。

關鍵字(中)

★ 微波電漿
★ 薄膜
★ 大面積

關鍵字(英)

★ Large-area
★ microwave plasma
★ thin film

論文目次

目錄
內容頁次
摘要………………………………………………………………………i
致謝…………………………………………………………………...ii
目錄…………………………………………………………………..iii
圖目錄……………………………………………………………………v
表目錄……………………………………………………………….viii
一、前言………………………………………………..……….1
二、文獻回顧…………………………………………..…….…2
鑽石及鑽石薄膜的特性及應用…………………………………………2
A、鑽石薄膜製程發展與沿革……………………………....12
B、大面積化微波電漿源………………………………..…..16
三、基礎理論……………………………………………………21
A、電漿簡介……………………………………..…………..21
B、薄膜沉積機制…………………………..………………..24
C、微波系統理論…………………..………………………..25
四、實驗方法及步驟……………………………………………32
A、實驗系統及裝置…………………..……………………..32
B、基板沉積前處理…………………..……………………..33
C、沉積步驟…………………………………..……………..34
D、薄膜性質之分析與鑑定…………………..………………35
五、結果與討論…………………………………….……………39
A、系統改良…………………………………..….…………..39
B、基板固定架位置對沉積膜層的影響……………………...51
C、抽氣速率對沉積薄膜的影響……………………………...57
D、鍍膜時間對沉積薄膜的影響……………………………...64
E、原料氣體流量對薄膜品質的影響………………………...72
六、總結……………………………………………………………...85
參考文獻……………………………………………….……………….86
圖目錄
圖頁次
1. 鑽石與石墨結構圖……………………………………..… 6
2. 碳的相圖…………………………………………………… 15
3. ECR平面型磁場系統圖…………………………………… 18
4. 三度空間ECR電漿源系統圖……………………………… 19
5. Duo-plasmaline系統圖………………………………..… 20
6. 氬氣電漿之電子溫度（Te）及電漿溫度（Tg）………… 23
隨系統壓力變化關係圖
7. PECVD沉積機制……………………………………..…… 24
8. 入射平面與材料面的示意圖……………………………… 28
9. 天線作用示意圖………………………………………..… 29
10. 天線產生輻射波的原理示意圖…………………………… 30
11. 系統傳遞能量的示意圖…………………………………… 31
12. (a) 接觸式設計 (b) 非接觸式設計………………….. 40
13. Choke-type adjustable short circuit…………………………42
14. Choke-type adjustable short circuit…………………………43
15. 微波能量重新分配示意圖………………………………… 45
16. 石英玻璃受碳膜污染圖…………………………………… 46
17. 基板支撐架位置示意圖及基板支撐架設計圖…………… 48
18. 實驗M01 ~ M06薄膜的拉曼光譜圖……………………… 53
19. 實驗M01 ~ M06薄膜的傅立葉紅外吸收光譜圖………… 54
20. M01及M02的X-ray繞射圖譜…………………..………… 55
21. M04與D04薄膜的表面形態 (a)M04 (b)D04………….. 56
22. D01, D02, D03, D04, D08, D06的傅立葉紅外…………… 60
吸收光譜圖
23. D01, D02, D03, D04, D08, D06的拉曼光譜圖…………… 61
24. D01及D02的X-ray繞射圖譜……………………………. 62
25. D01與D02薄膜的表面形態 (a) D01 (b) D02…………. 63
26. D04, D05, D07, D08的紅外線吸收光譜圖……………….. 66
27. D04, D05, D07, D08的拉曼光譜圖……………………….. 67
28. D07及D08的X-ray繞射圖譜……………………………. 68
29. D04與D05薄膜的表面形態 (a)D04 (b)D05…………… 69
30. D07與D08薄膜的表面形態 (a) D07 (b)D08………….. 70
31. D07之SEM剖面圖………………………………………… 71
32. D08，D09薄膜的表面形態 (a) D08 (b) D09……………… 74
33. D07 ~ D10薄膜的表面形態 (a) D07 (b)D08…………… 75
(c) D09 (d) D10
34. D10之SEM剖面圖，放大倍率為4K………………….…. 77
35. D07 ~ D09薄膜的表面形態 (a) D07 (b) D08 (c) D09.. 78
36. D07 ~ D09薄膜的表面形態 (a) D07 (b) D08………… 80
(c) D09 35K
37. 實驗D07 ~ D10薄膜的傅立葉紅外吸收光譜圖…………. 82
38. D07 ~ D10的拉曼散射光譜圖…………………………….. 83
39. D07 ~ D10 X-ray繞射圖譜………………………………... 84
表目錄
表頁次
1. 鑽石及其薄膜特性比較表………………………………………..7
2. 常用材料之熱傳導係數…………………………………………..8
3. 各種材料之熱膨脹係數表………………………………………..9
4. 各種紅外線光罩之特性比較表………………………………….10
5. 鑽石、矽、及砷化鎵的特性比較表…………………………….11
6. 鑽石及石墨的XRD繞射角度對照表…………….……………….37
7. 紅外線吸收光譜資料…………………………………………….38
8. 各實驗的操作條件編號對照表………………………………….50
9. D01 ~ D10實驗編號及其操作條件表…………………………..59

參考文獻

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指導教授

陳培麗(Pei-Li Chen)

審核日期

2002-7-12

推文