Abstract
微波電漿氣相法已經成功地在不同基材上合成鑽石薄膜, 基材種類包括矽晶片, 碳化矽及一些耐火金屬等, 合成的方法是利用微波來激發反應室中所流通之氫氣及甲烷混合氣體, 並將基材置於所激發之電漿環境中成長鑽石薄膜。合成條件如下: 甲烷對氫氣之百分比 (體積百分比): 0.2-6.4; 氣體總流量 (立方公分╱分鐘): 100-800; 真空壓力: 20-60 公厘水銀柱高(Torr); 微波激能瓦數 (瓦): 500-100; 以及基材溫度(攝氏溫度): 600－900。對於基材上所合成之薄膜, 我們用 X光繞射來鑑定, 發現像碳化矽, 碳化鉬, 碳化鈮, 碳化鈦等碳化合物, 會與鑽石夾雜合成。另外, 我們用拉曼光譜可以從不同之拉曼位移辦別出鑽石(Sp 鍵結)及非晶質碳(Sp 鍵結) 。經過磨擦 (scratch)之基材表面會有鑽石之連續薄膜合成, 而未經磨擦之光滑基材表面, 則合成出鑽石之個別晶粒。大體而言, 由掃描式電子顯微鏡觀察到, 晶體的主要形態是正十四面體以及孿晶或多重孿晶等, 而當甲烷╱氫氣＞0.8%時, 基材上合成物逐漸轉變成「似球狀」(ball-like),並出現非晶質碳之拉曼峰值, 所以晶體晶面愈清楚, 則鑽石之拉曼峰值愈高升。長時間合成雖然可以增加晶粒大小, 薄膜厚度, 但是孿晶及二次成長也同時相對增加。矽及碳化矽較易合成鑽石薄膜, 其次是鉬, 鈮, 鈦; 最困難的是鋯跟鉿, 而且即使有薄膜合成, 附著性也很差。當甲烷╱氫氣之混合氣體中通入氧氣, 可以在600－900℃之基材溫度範圍內增加鑽石之成長速率, 這樣的結果跟其他國外之研究報告互相吻合, 也就是說氧氣可以去除阻礙鑽石成長或與之相互競爭的非晶質碳和石墨。