一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子材料技術領域，尤其涉及一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設備和方法。
【背景技術】
[0002]金剛石是已知材料中最優異的介質材料，具有低介電常數、低微波損耗、高硬度、高導熱率等特性，是微波真空器件，微機電系統器件和固態電子器件中最理想的介質材料。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，廣泛應用于傳感器、微/納機電系統，以及固態電子器件的封裝和散熱等領域。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手段和技術設備來說，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備和方法，以解決現有技術中存在的上述技術問題。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設備和方法，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量提高。
[0004]本發明采用的技術方案是: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]優選地，所述負偏壓為-100?-350V。
[0006]優選地，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]優選地，所述在所述基片上生長金剛石薄膜，具體包括:向反應室內導入反應氣體，并且所述反應氣體的氣壓為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備的微波功率為0.5?lkw。
[0008]優選地，所述金剛石薄膜為納米晶金剛石薄膜，所述反應氣體為甲烷和氫氣，所述甲燒的氣體的質量流量為180011?1580011，所述氫氣的氣體質量流量為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]本發明還提供了一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設備，其包括諧振腔、反應室、基片臺和形核處理裝置，其中:所述反應室置于所述諧振腔內；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室內，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室內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]優選地，所述制造設備，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]采用上述技術方案，本發明至少具有下列效果:
[0012]本發明提供的低溫納米/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和固態器件等使用要求。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發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為本發明第二實施例的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設備的示意圖。
[0015]丨-微波天線;2-諧振腔;3-反應室;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明為達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明進行詳細說明如后。
[0017]本發明提供的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設備和方法實現低溫下制造的金剛石薄膜的質量較高，下面將詳細地描述本發明的低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造方法和制造設備。
[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的點位，最終形成金剛石相結構。這對于低溫金剛石的生長至關重要，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，提高金剛石的結晶性。
[0021]作為優選地，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:向反應室內導入反應氣體，并且反應氣體的氣壓為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]作為優選地，金剛石薄膜為納米晶金剛石薄膜，反應氣體為甲烷和氫氣，甲烷的氣體體積質量流量為180011?158(^111，氫氣的氣體體積質量流量為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備，包括諧振腔2、反應室3、基片臺6、和形核處理裝置，其中:反應室置于諧振腔內；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室內形成所述微波等離子體處于反應室內，(圖中微波等離子體設備的微波天線設置在諧振腔的上方)，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位于反應室3內，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]作為優選地，本實施例的制造設備，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，應當可對本發明為達成預定目的所采取的技術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，并非用來對本發明加以限制。
【主權項】
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.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述負偏壓為-100?-350V。3.根據權利要求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.根據權利要求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: 向反應室內導入反應氣體，并且所述反應氣體的氣壓為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備的微波功率為0.5?Ikw05.根據權利要求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，所述反應氣體為甲燒和氫氣，所述甲燒的氣體的質量流量為I sccm?15sccm，所述氫氣的氣體質量流量為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備，其特征在于，包括諧振腔、反應室、基片臺和形核處理裝置，其中: 所述反應室置于所述諧振腔內； 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室內，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室內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.根據權利要求6所述的制造設備，其特征在于，所述制造設備，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】本發明提出了一種低溫納米/超納米金剛石薄膜的制造設備和方法。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量提高。
【IPC分類】C23C16/513, C23C16/27, C23C16/511
【公開號】CN105506575
【申請號】CN201510895596
【發明人】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