CN1563480A - 金刚石碳锥沉积方法 - Google Patents
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Abstract
金刚石碳锥沉积方法属于化学气相沉积微晶技术领域。其特征在于，采用平面型电感偶合射频等离子体化学气相沉积法，以氩气等惰性气体为载气，使用氢气和甲烷或己炔等碳氢反应气体，射频功率500～1500W；反应室气压5～500Pa；反应气体中氢碳原子比50～400；偏压功率0～300W；沉积时间10～240min。锥阵列的尺寸，密度和分布可通过样品表面预处理和沉积工艺参数来控制。这种微晶或纳米晶金刚石碳锥阵列有很好的应用前景，是一种非常理想的电子发射材料，在微机电系统(MEMS)中，如半导体金刚石探针，微型电夹，外科微型工具等，也将充分展示其巨大的优越性。
Description
技术领域
本发明属于化学气相沉积微晶技术领域。
背景技术
近年来，场发射成为一个非常活跃的研究领域。和液晶显示器相比，场发射显示器具有亮度高，良好的视角效果，低功耗，小尺寸，制作工艺简单等优点。随着场发射显示器的迅速崛起，对场发射材料提出了更高的要求。目前场发射领域研究最多的冷阴极材料是碳纳米管，金刚石和类金刚石薄膜，但在发射过程中碳纳米管的逐渐老化造成其场发射稳定性较差。多晶金刚石薄膜由于各种取向晶面的电子发射性能差异很大，且存在大量晶粒晶界，导致电子发射的不均匀性和不稳定性。至今为止，产品化的场发射显示器制作方法主流仍然是钼和硅尖锥，它要求大面积的精密微机械加工，成本大幅度上升，限制了它的竞争力。而且，钼易受污染，力学性能差，影响使用寿命。硅是一种相当脆的材料，同时，导热性能差，从这方面来看，把具有负电子亲合势，良好的化学稳定性，高硬度，高抗离子侵蚀能力，高热导率等优良性能的金刚石制备成有更稳定几何特性的锥体结构，将给显示技术带来一场革命。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种获得形貌为圆锥尖状的金刚石阵列，锥的形核、尺寸大小及分布容易控制，合成工艺简单、成本低的金刚石碳锥沉积方法。
将非常理想的电子场发射材料——金刚石，制备成更稳定结构特征的锥体结构，使之更适合成为场发射显示器的冷阴极材料。
本发明的技术解决方案是，金刚石碳锥沉积方法的设备由以下几个部分组成：ICP射频电源及匹配网络1、CCP射频电源及匹配网络9、电感偶合天线2；真空室及真空系统3、10、12、衬底支架7、8、反应气体4、冷却水11。最大射频功率1.5KW，射频天线5匝，由水冷铜管绕制，天线2与沉积室12由介质3隔离，放置衬底的电极7水冷并屏蔽8，偏压源为300W射频电源，载气为氩等惰性气体，反应气体为氢气和甲烷或乙炔等碳氢气体。
平面型13.56MHz射频电感偶合等离子体是一种高密度的等离子体源，
根据锥尖的形核密度和分布要求对硅等样品进行预处理，如机械抛光或光刻等，然后用丙酮经超声波清洗5～15min。
样品6置于CCP电极上7，抽真空至2×10-3～5×10-3Pa，通入高纯氩气，开启ICP射频电源1，在1KW射频功率和0.133～1.33Pa压力下，等离子体清洗样品3～5min。关ICP射频电源；通入甲烷和氢气，调节Ar/CH4/H2混合比，其流量范围分别为50～200sccm；0.5～10sccm；40～50sccm，将反应室压力控在5～500Pa；同时开启ICP和CCP射频功率开始碳锥合成，功率分别为500～1500和0～300W，合成时间10～240min。
Ar/CH4/H2流量分别为100/1/45sccm；工作压力为240Pa；ICP功率1000W；CCP功率50W；沉积时间30min。
本发明的效果和益处是，很容易获得形貌为圆锥尖状的金刚石阵列，锥的形核，尺寸大小，及分布容易控制，合成工艺简单，成本低。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图中，1.ICP射频电源及匹配网络；2.ICP天线；3.圆桶型石英窗口；4.反应气体引入口；5.等离子体区；6.衬底；7.CCP电极；8.CCP电极屏蔽；9.CCP射频电源及匹配网络；10.真空泵；11.冷却水；12.不锈钢真空室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
硅样品6置于CCP电极上7，抽真空至10-3Pa，通入高纯氩气，开启ICP射频电源1，在1KW射频功率和1Pa压力下，等离子体清洗样品4min。关ICP射频电源。
通入甲烷和氢气，调节Ar/CH4/H2混合比，其流量范围分别为100sccm、1sccm、45sccm，将反应室压力控制在20Pa。同时开启ICP和CCP射频功率开始碳锥合成，功率分别为1000W和50W。合成时间30min。
Claims (2)
1.金刚石碳锥沉积方法，其特征在于，样品置于CCP电极(7)上，抽真空至2×10-3～5×10-3Pa，通入氩气，开启ICP射频电源(1)，在1KW射频功率和0.133～1.33Pa压力下，等离子体清洗样品3～5min，关ICP射频电源(1)；通入甲烷和氢气，调节Ar/CH4/H2混合比，其流量分别为50～200sccm、0.5～10sccm、40～50sccm，将反应室压力控在5～500Pa；同时开启ICP射频电源(1)和CCP射频电源(9)开始碳锥合成，射频功率分别为500～1500W和0～300W，反应室压力5～500Pa，合成时间10～240min。
2.根据权利要求1所述的金刚石碳锥沉积方法，其特征在于，Ar/CH4/H2流量分别为100/1/45sccm；工作压力为240Pa；ICP功率1000W；CCP功率50W；沉积时间30min。
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