利用发射光谱探究CO2对MPCVD法生长单晶金刚石质量的影响

等离子体发射光谱作为一种非侵入性等离子体诊断手段能有效探测等离子体内部基团的变化信息,对这些信息的分析可以反映等离子体的特性,从而有助于探究影响单晶金刚石生长结果的原因和机理.CO2是一种比O2更安全的气体,近年来在源气体引入CO2生长高质量单晶金刚石的研究日渐增多.本文利用微波等离子体化学气相沉积法在4.2 kW的微波功率下进行单晶金刚石同质外延生长实验,对生长过程中的CH4/H2/CO2等离子体进行了发射光谱诊断,最后结合光谱信息和拉曼光谱表征研究了 CO2体积分数对单晶金刚石生长质量的影响,结果发现CO2浓度增加对C2和CH基团强度抑制作用明显,对C2抑制作用最强,这也是导致生长速率下降的主要原因.I(CH)/I(Ha)比值略有增加,说明CO2增加对金刚石前驱物的沉积有促进作用,这在一定程度上减弱了对生长速率的不利影响.拉曼表征结果说明0～5％CO2浓度下的单晶金刚石质量随CO2浓度上升变好,且浓度为5％时,1420 cm-1杂质峰基本消失.