Microwave plasma CVD 다이아몬드/Ti 박막 성장 시 CH₄/H₂ 가스의 유량비율, chuck bias, microwave power 등이 다이아몬드 박막의 구조적 특성과 입자밀도에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 2∼3 CH₄ Vol.% 조건일 때 sp³-결합성의 탄소 neutral 들이 우선적으로 형성되고 sp²-결합성의 탄소 neutral 들이 선택적으로 제거됨에 따라 양질의 다이아몬드 박막을 얻을 수 있었으며, 다이아몬드 입자 증착 기구를 해석하였다. Ti 기판에 걸어준 negative chuck bias가 증가함에 따라 다이아몬드 핵생성이 증진되어 다이아몬드 입자 밀도가 증가하였고, 임계 전압은 약 -50V 임을 확인하였다. 또한, microwave power가 증가함에 따라 미세결정질(micro-crystalline) graphite 층 생성이 제어되고 다이아몬드 층이 형성됨을 확인하였다.
Highly oriented diamond (HOD) films in polycrystalline can be grown on the (100) silicon substrate by microwave plasma CVD. Bias enhanced nucleation (BEN) method was adopted for highly oriented diamond deposition with high nucleation density and uniformity. The substrate was biased up to -250[Vdc] and bias time required for forming a diamond film was varied up to 25 minutes. Diamond was deposited by using $\textrm{CH}_4$/CO and $H_2$ mixture gases by microwave plasma CVD. Nucleation density and degree of orientation of the diamond films were studied by SEM. Thermal conductivity of the diamond films was ∼5.27[W/cm.K] measured by $3\omega$ method.
On the effect of substrate bias at first stage of diamond synthesis at lower substrate temperature(approximately 673K) using microwave plasma CVD and effect of reaction gas system for the bias enhanced nucleation were studied. The reaction gas was mixture of methane and hydrogen or carbon monoxide and hydrogen. The nucleation density of applied bias -150V using $CH_4-H_2$ reaction gas system, significantly higher than that of $C-H_2$ reaction gas system. When the $CH_4-H_2$ reaction was used, nucleation density was increased because of existence of SiC as a interface for diamond nucleation. By use of this negative bias effect for fabrication of CVD diamond film using two-step diamond growth without pre-treatment, fabrication of the diamond film consist of diamond grains $0.2\mu\textrm{m}$ in diameter was demonstrated
Silicon oxide films with high hardness and water repellency were prepared by microwave plasma-enhanced CVD using four kind of organosilicon compound-fluoro-alkyl silane mixtures as source gases. An argon gas was used as a carrier gas for fluoro-alkyl silane. The substrate temperatures during deposition were controlled by resistant heating at a constant value between 50 and $300^{\circ}C$. The hardness of the films increased, but the deposition rate and the contact angle for a water drop decreased with increasing substrate temperature. The number of methoxy groups also affected the water repellency and hardness. The deposited films became more inorganic with increasing substrate temperature because of the thermal dissociation of reactants.
Carbon nanotubes (CNTs) were grown with a microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MPECVD) method, which has been regarded as one of the most promising candidates for the synthesis of CNTs due to the vertical alignment, the low temperature and the large area growth. MPECVD used methane ($CH_4$) and hydrogen ($H_2$) gas for the growth of CNTs. 10 nm thick Ni catalytic layer were deposited on the Ti coated Si substrate by RF magnetron sputtering method. In this work, the pretreatment was that the Ni catalytic layer in different microwave power (600, 700, and 800 W). After that, CNTs deposited on different pressures (8, 12, 16, and 24 Torr) and grown same microwave power (800 W). SEM (Scanning electron microscopy) images showed Ni catalytic layer diameter and density variations were dependent with their pretreatment conditions. Raman spectroscopy of CNTs shows that $I_D/I_G$ ratios and G-peak positions vary with pretreatment conditions.
The effect of DC bias on the growth of nanocrystalline diamond films on silicon substrate by microwave plasma chemical vapor deposition has been studied varying the substrate temperature (400, 500, 600, and $700^{\circ}C$), deposition time (0.5, 1, and 2h), and bias voltage (-50, -100, -150, and -200 V) at the microwave power of 1.2 kW, working pressure of 110 torr, and gas ratio of Ar/1%$CH_4$. In the case of low negative bias voltages (-50 and -100 V), the diamond particles were observed to grow to thin film slower than the case without bias. Applying the moderate DC bias is believed to induce the bombardment of energetic carbon and argon ions on the substrate to result in etching the surfaces of growing diamond particles or film. In the case of higher negative voltages (-150 and -200 V), the growth rate of diamond film increased with the increasing DC bias. Applying the higher DC bias increased the number of nucleation sites, and, subsequently, enhanced the film growth rate. Under the -150 V bias, the height (h) of diamond films exhibited an $h=k{\sqrt{t}}$ relationship with deposition time (t), where the growth rate constant (k) showed an Arrhenius relationship with the activation energy of 7.19 kcal/mol. The rate determining step is believed to be the surface diffusion of activated carbon species, but the more subtle theoretical treatment is required for the more precise interpretation.
The purpose of this paper is to decide the optimum synthesis conditions of polycrystalline diamond films according to the ratio of gas mixture. Diamond films were deposited with cyclo-hexane as a carbon precursor by the microwave plasma enhanced chemical vapor deposition process. The optimum oxygen ratio to cyclo-hexane was reached about 125 % under the fixed 0.3% c-hexane in hydrogen. Oxygen plays a role in etching the graphitic components of carbon sp2 bond effectively. By OES measurement, the best synthesis conditions found out about 12.5 % and 15.75 %, which is the emission intensity ratios of CH(B-X) and $H{\beta}$ on $H{\alpha}$, respectively. Also, the electron temperature was similar about 5,000 to 5,200 K in this work.
CVD 및 PECVD법으로 탄소 나노튜브를 성장하고, 그 후 $400{\sim}500^{\circ}C$에서 산화 열처리한 센서의 이산화질소 감지특성을 $200^{\circ}C$ 및 1.5ppm의 이산화질소 농도 하에서 측정하였다. 탄소 나노튜브 센서의 전기저항은 온도 증가에 따라 감소하는 반도체 특성을 보였으며, 이산화질소 흡착에 따라 전기저항은 감소하였다. 공기 중의 수분은 센서감도에 영향을 주고 있으며, 센서를 마이크로파에 3분간 노출하면 센서의 특성은 저하되었다. 또한 CVD법으로 제조한 시편에 비하여 PECVD법으로 성장한 탄소 나노튜브 센서의 감도는 향상 되었다.
The methastable state diamond films have been deposited on Si substrates using MWPCVD. Effects of each experimental parameters of MWPCVD including CH$_4$ concentrations, Oxygen additions, Operating pressure, deposition time, etc. on the growth rate and crystallinity were investigated. The best crystallinity of the finn at 3% methane concentration addition of oxygen to the CH$_4$-$H_2O$ mixture gave an improved film crystallinity at 50% oxygen concentration. Upon increasing the operating pressure and time, the growth rate and crystallinity were increased simultaneously.
Diamond thin films were deposited on P-type(100) Si wafers using MPECVD. Prior to deposition, mechanical scretching was done to improve density of nucleation sites with diamond paste of 0.25${\mu}{\textrm}{m}$ size. Diamond films were deposited under the following conditions : methane concentration of 0.5~5%, oxygen concentration of 0~70%, process pressure of 70Torr, process temperature of 900~95$0^{\circ}C$, and deposition time 5hrs. The changes of the morphology and the growth rates of the deposits with the experimental conditions are expriend by Scanning Electron Microscopy. Raman Spectroscopy and X-ray Diffraction method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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