Effects of Substrate Temperature on the Morphology of Diamond Thin Films Deposited by Hot Filament CVD

Hot Filament CVD에 의해서 증착된 다이아몬드 박막의 표면형상에 미치는 기판온도의 영향

The growth mechanism of diamond thin films, deposited by Hot Filament CVD, was investigated through observation of changes in their surface morphology as a function of the substance temperature and deposition time. Amorphous carbon or DLC thin films were deposited at low substrate temperature. Diamond films consisting of square-shaped particles, whose surfaces are (100) planes, were deposited at an intermedate temperature. At high substrate temperatures, diamond films consisting of the particles showing both (100) and (111) plane were deposited. The (100) proferred orientation of the diamond films are believed to be due to a relatively high supersaturation during deposition, and the growth condition for the diamond films having (100) preferred orientation can be applied to the single crystal growth since no twins are generated on the (100) plane. The grain size of the diamond films did not change with increasing temperature and its increasing rate with increasing deposition time was the same irrespective of the substrate temperature. However, the nucleation density increased with substrate temperature and its increasing rate with deposition time was much higher for the films deposited at higher substrate temperature.

Hot Filament CVD법에 의해 증착된 다이아몬드 박막의 기판온도와 증착시간 변화에 따르는 표면형상 변화를 관찰함으로써 그 증착기구를 규명하고자 하였다. 기판온도가 낮을 경우에는 비정질 탄소 및 DLC(diamond like carbon)가 증착되고 기판온도가 증가함에 따라 사가형의 (100)명으로 구성된 입자를 가지는 다이아몬드 박막이 증착되었으며 매우 높은 기판온도에서는 (100)명과 (111)명으로 이루어진 결정외형을 가지는 입자들로 구성되는 다이아몬드 박막이 증착되었다. 다이아몬드 박막의 (100) 우선배향성은 증착시의 비교적 높은 과포화도에 기인하는 것으로 생각되며, 이러한 (100) 우선배향성을 가지는 박막은 결정면내에 twin을 함유하지 않으므로 단결정박막으로의 성장가능성이 크다. 기판온도가 증가해도 다이아몬드 박막의 입자크기는 증가하지 않았으며 시간에 따른 증가양상도 온도에 관계없이 비슷한 경향을 보였다. 그러나 필라멘트 온도가 일정할 때 다이아몬드 박막의 핵 밀도는 기판온도가 높을수록 증가하였으며 시간에 따른 증가폭도 기판온도가 높을수록 더 크게 나타났다.