气体循环直流旋转电弧等离子体喷射法生长金刚石大单晶研究

发布时间：2018-06-05 02:07

  本文选题：金刚石单晶生长 + 直流旋转电弧等离子体喷射　； 参考：《北京科技大学》2015年博士论文

【摘要】：论文研究了沉积工艺参数(输入功率、衬底温度、甲烷浓度、表面预处理)及氮掺杂等对气体循环旋转电弧DC Arc Plasma Jet CVD金刚石单晶外延生长的影响规律,研究结果表明衬底温度为1000℃C,甲烷浓度0.813%(体积百分比),功率密度285W/cm3左右生长的金刚石单晶表面相对平整,没有非外延生长,呈现典型的台阶生长模式,生长速率达到了17.4μm/h；在工艺优化的基础上首次采用气体循环旋转电弧DC Arc Plasma Jet制备出了7.5×7.5×1.4mm3的CVD金刚石单晶片(抛光后厚度1.03mm),并对CVD金刚石单晶片的结晶质量、PL谱、紫外、红外及可见光范围内的光学性能进行了表征和分析,结果表明DC Arc Plasma Jet CVD生长的金刚石单晶(400)峰X射线双晶摇摆曲线半高宽仅为0.013°,氮含量为76ppm。CVD金刚石单晶片在不经热处理的情况下其内氮杂质不仅有NV相关缺陷,而且还存在H3、H2和B聚体氮,表明通过CVD技术生长的金刚石单晶存在氮的聚合体。据我们所知,这属首次在未处理的CVD金刚石中发现氮的聚合体。 通过CVD金刚石单晶生长模式和界面特征分析,表明金刚石单晶(100)面生长初期,生长基元优先嵌入表面等离子体刻蚀的蚀坑等位置呈现金字塔生长模式,随着生长时间的推移将向台阶生长模式转换,并在高温高压单晶晶种与CVD外延层之间呈现一层15微米左右的应力和荧光较强的过渡区；针对CVD金刚石单晶生长过程的失稳特点(生长一定时间后在单晶四周或偶尔在单晶表面出现非外延生长),分析单晶生长失稳的原因,研究了金刚石单晶稳态生长方法,通过off(100)生长及3D生长控制不仅有利于金刚石单晶的稳态生长(台阶生长),促进单晶生长面的平整化,同时有可能延缓或避免晶种四周非外延金刚石的形核和生长,最终有可能实现CVD金刚石单晶生长面的扩大;利用生长的CVD金刚石单晶制作了电流型金刚石辐射探测器,探测器全耗尽电压在420V左右(1V/μm),暗电流仅为0.56nA,击穿电压超过2500V。
[Abstract]:The effects of deposition parameters (input power, substrate temperature, methane concentration, surface pretreatment) and nitrogen doping on epitaxial growth of DC Arc Plasma Jet CVD diamond single crystal with gas circulatory arc have been studied in this paper. The results show that the substrate temperature is 1000 鈩，

本文编号：1979948