一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石是已知材料中最優(yōu)異的介質(zhì)材料，具有低介電常數(shù)、低微波損耗、高硬度、高導熱率等特性，是微波真空器件，微機電系統(tǒng)器件和固態(tài)電子器件中最理想的介質(zhì)材料。人工合成金剛石的工藝中，微波等離子體法MPCVD合成金剛石的質(zhì)量最高。其中，納米晶和超納米晶金剛石具有斷裂強度較高、致密性好，以及表面粗超度低的特點，適合制成薄膜材料，廣泛應(yīng)用于傳感器、微/納機電系統(tǒng)，以及固態(tài)電子器件的封裝和散熱等領(lǐng)域。然而，納米晶和超納米晶金剛石，通常的生長溫度在700°C以上，甚至高于800°C。這對于人工合成的技術(shù)手段和技術(shù)設(shè)備來說，使用的基片或者制作中的器件/部件是無法承受的，因此金剛石膜，主要是納米晶和超納米晶金剛石薄膜的生長溫度最好降到400?500°C。但是，隨著生長溫度的降低，金剛石薄膜的質(zhì)量也必然下降。因此，需要一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備和方法，在400?500°C低溫的條件下獲取的納米/超納米金剛石薄膜的質(zhì)量提高。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造方法，其包括:向基片施加負偏壓的條件下進行形核處理，形核密度2 1010/cm2;繼續(xù)在所述負偏壓的條件下，在所述基片上生長金剛石薄膜。
[0005]優(yōu)選地，所述負偏壓為-100?-350V。
[0006]優(yōu)選地，通過向處于懸浮電位的基片臺施加負電位，以向所述基片施加負偏壓。
[0007]優(yōu)選地，所述在所述基片上生長金剛石薄膜，具體包括:向反應(yīng)室內(nèi)導入反應(yīng)氣體，并且所述反應(yīng)氣體的氣壓為3?1KPa;保持所述基片的溫度在400°C?500°C;利用微波等離子體的離子轟擊所述基片的表面，所述微波等離子體設(shè)備的微波功率為0.5?lkw。
[0008]優(yōu)選地，所述金剛石薄膜為納米晶金剛石薄膜，所述反應(yīng)氣體為甲烷和氫氣，所述甲燒的氣體的質(zhì)量流量為180011?1580011，所述氫氣的氣體質(zhì)量流量為99800]1?8580011;或者，所述金剛石薄膜為超納米金剛石薄膜，所述反應(yīng)氣體為甲烷、氬氣和氫氣，甲烷為I sccm?5sccm，氣氣為98sccm?90sccm和氣氣為lsccm?5sccm0
[0009]本發(fā)明還提供了一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備，其包括諧振腔、反應(yīng)室、基片臺和形核處理裝置，其中:所述反應(yīng)室置于所述諧振腔內(nèi)；所述形核處理裝置在形成負偏壓的條件下對基片進行形核處理，形核密度2 11Vcm2;所述基片臺處于所述反應(yīng)室內(nèi)，并處于懸浮電位，所述負偏壓裝置通過負偏壓引線連接于所述基片臺，以向所述基片臺施加所述負偏壓;通過所述諧振腔在所述反應(yīng)室內(nèi)形成所述微波等離子體，并且通過離子轟擊所述基片的表面，以在所述基片上生長金剛石薄膜。
[0010]優(yōu)選地，所述制造設(shè)備，還包括溫度測量裝置，所述溫度測量裝置通過熱電偶實時測量所述基片的溫度，并且通過調(diào)整微波功率和氣壓，保持所述基片的溫度在400°c?500V。
[0011]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列效果:
[0012]本發(fā)明提供的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造方法，克服了常規(guī)工藝制備的金剛石薄膜的缺點，提高金剛石薄膜的機械性能、導熱性能和絕緣性能，滿足mems\NEMs和固態(tài)器件等使用要求。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明第一實施例的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造方法流程圖；
[0014]圖2為本發(fā)明第二實施例的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備的示意圖。
[0015]丨-微波天線;2-諧振腔;3-反應(yīng)室;4-微波等離子體;5-基片;6-基片臺；7_負偏壓引線;8-熱電偶。
【具體實施方式】
[0016]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明進行詳細說明如后。
[0017]本發(fā)明提供的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備和方法實現(xiàn)低溫下制造的金剛石薄膜的質(zhì)量較高，下面將詳細地描述本發(fā)明的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造方法和制造設(shè)備。
[0018]第一實施例
[0019]如圖1所示，本實施例的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造方法，其包括:向基片施加負偏壓的條件下進行形核處理，形核密度2 1ltVcm2;繼續(xù)在負偏壓的條件下，在基片上生長金剛石薄膜。
[0020]向處于懸浮電位的基片臺施加負偏壓進行形核處理，不僅對基片的表面幾乎無損傷，而且形核的密度高，有利于形成致密和光潔的金剛石薄膜，主要是厚度SlOOnm的金剛石薄膜。在基片上生長金剛石薄膜的過程中，當基片上施加一定的負偏壓，反應(yīng)氣體的氣壓相對較低時，等離子體中的正離子就會穿過鞘層打到基片的表面上。該正離子是帶能離子，它的轟擊有二個作用，一方面，為基片表面吸附的碳原子提供活化能，加快它們的擴散并到達適當?shù)狞c位，最終形成金剛石相結(jié)構(gòu)。這對于低溫金剛石的生長至關(guān)重要，因為在400°C?500°C下，金剛石表面原子的擴散速度和擴散距離都受到極大的限制，導致較差的致密性。另一方面，該正離子的轟擊有助于清除基片表面形成的sp2非金剛石相，提高金剛石的結(jié)晶性。
[0021]作為優(yōu)選地，上述負偏壓為-100?-350V。進一步地，通過向處于懸浮電位的基片臺施加負電位，以向基片施加負偏壓。
[0022]另外，在基片上生長金剛石薄膜，具體包括:向反應(yīng)室內(nèi)導入反應(yīng)氣體，并且反應(yīng)氣體的氣壓為3?1KPa;保持基片的溫度在400°C?500°C;采用微波等離子體的離子轟擊基片的表面，微波等離子體的微波功率為0.5?lkw。
[0023]作為優(yōu)選地，金剛石薄膜為納米晶金剛石薄膜，反應(yīng)氣體為甲烷和氫氣，甲烷的氣體體積質(zhì)量流量為180011?158(^111，氫氣的氣體體積質(zhì)量流量為998(^1]1?858(^111;或者，金剛石薄膜為超納米金剛石薄膜，反應(yīng)氣體為甲烷、氬氣和氫氣，甲烷為Isccm?5sCCm，氬氣為 98sccm ?90sccm 和氣氣為 lsccm?5sccm0
[0024]第二實施例
[0025]如圖2所示，本實施例提供的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備，包括諧振腔2、反應(yīng)室3、基片臺6、和形核處理裝置，其中:反應(yīng)室置于諧振腔內(nèi)；形核處理裝置在形成負偏壓的條件下對基片進行形核處理，形核密度2 1010/cm2;基片臺處于懸浮電位，負偏壓裝置通過負偏壓引線連接于基片臺，以向基片臺施加負偏壓;通過所述諧振腔在所述反應(yīng)室內(nèi)形成所述微波等離子體處于反應(yīng)室內(nèi)，(圖中微波等離子體設(shè)備的微波天線設(shè)置在諧振腔的上方)，同時通過離子轟擊基片的表面，以在基片上生長金剛石薄膜。本實施例基片臺5位于反應(yīng)室3內(nèi)，處于懸浮電位在，負偏壓裝置通過負偏壓引線7連接于基片臺上，用于向基片臺6施加負偏壓，用于形核處理和金剛石薄膜生長的過程中基片5處于負偏壓的條件下。
[0026]作為優(yōu)選地，本實施例的制造設(shè)備，還包括溫度測量裝置，溫度測量裝置通過熱電偶8實時測量基片的溫度，并且通過調(diào)整微波功率和氣壓保持基片的溫度在400°C?500°C。
[0027]過【具體實施方式】的說明，應(yīng)當可對本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖示僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
【主權(quán)項】
1.一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造方法，其特征在于，包括: 向基片施加負偏壓的條件下進行形核處理，形核密度2 1ltVcm2; 繼續(xù)在所述負偏壓的條件下，在所述基片上生長金剛石薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述負偏壓為-100?-350V。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，通過向處于懸浮電位的基片臺施加負電位，以向所述基片施加負偏壓。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在所述基片上生長金剛石薄膜，具體包括: 向反應(yīng)室內(nèi)導入反應(yīng)氣體，并且所述反應(yīng)氣體的氣壓為3?1KPa; 保持所述基片的溫度在400°C?500°C ； 利用微波等離子體的離子轟擊所述基片的表面，所述微波等離子體設(shè)備的微波功率為0.5?Ikw05.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述金剛石薄膜為納米晶金剛石薄膜，所述反應(yīng)氣體為甲燒和氫氣，所述甲燒的氣體的質(zhì)量流量為I sccm?15sccm，所述氫氣的氣體質(zhì)量流量為99sccm?85sccm; 或者，所述金剛石薄膜為超納米金剛石薄膜，所述反應(yīng)氣體為甲烷、氬氣和氫氣，甲烷為 18(3011?58(3011，氣氣為988(30]1?908(30]1和氣氣為18(30]1?58(301106.—種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備，其特征在于，包括諧振腔、反應(yīng)室、基片臺和形核處理裝置，其中: 所述反應(yīng)室置于所述諧振腔內(nèi)； 所述形核處理裝置在形成負偏壓的條件下對基片進行形核處理，形核密度I 11Vcm2; 所述基片臺處于所述反應(yīng)室內(nèi)，并處于懸浮電位，所述負偏壓裝置通過負偏壓引線連接于所述基片臺，以向所述基片臺施加所述負偏壓； 通過所述諧振腔在所述反應(yīng)室內(nèi)形成所述微波等離子體，并且通過離子轟擊所述基片的表面，以在所述基片上生長金剛石薄膜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造設(shè)備，其特征在于，所述制造設(shè)備，還包括溫度測量裝置，所述溫度測量裝置通過熱電偶實時測量所述基片的溫度，并且通過調(diào)整微波功率和氣壓，保持所述基片的溫度在400°C?500°C。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設(shè)備和方法。該制造方法包括：向基片施加負偏壓的條件下進行形核處理，形核密度≥1010/cm2；繼續(xù)在所述負偏壓的條件下，在所述基片上生長金剛石薄膜。在400～500℃低溫的條件下獲取的納米/超納米金剛石薄膜的質(zhì)量提高。
【IPC分類】C23C16/513, C23C16/27, C23C16/511
【公開號】CN105506575
【申請?zhí)枴緾N201510895596
【發(fā)明人】丁明清, 李莉莉, 胡健楠, 馮進軍
【申請人】中國電子科技集團公司第十二研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月8日