氢终止金刚石表面的形成机理.pdf

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1、物理化学学~(WuliHuaxueXuebao)SeptemberActaP．一C厅．Sin．2015，31(9)，1741—17461741【Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201508031WWW．whxb．pku．edu．ca氢终止金刚石表面的形成机理刘金龙，刘盛’郭建超’化称意’陈良贤’魏俊俊’黑立富，王晶晶冯志红刘青。李成明(北京科技大学新材料技术研究院，北京100083；河北省半导体研究所专用集成电路重点实验室，石家庄050051；北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083)摘

2、要：为考察金刚石形成氢终止表面的反应机制，采用微波氢等离子体处理以及电阻丝氢气气氛加热处理进行对比研究．利用光发射谱(0ES)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)分别表征了微波氢等离子体中的活性基团和金刚石表面氢终止浓度．结果表明，微波氢等离子体环境下，随着衬底温度、等离子体密度和能量的增加，温度至700。C(800W／3kPa)时，等离子体中出现了明显的CH基团：相应地，金刚石表面氢终止浓度随温度、等离子体密度和能量的增加而增加．采用氢气气氛下电阻丝加热的方法同样形成了氢终止金刚石表面．表明微波等离子体处理金刚

3、石表面形成氢终止主要源于由温度控制的表面化学反应，而非等离子体的物理刻蚀作用．氧终止金刚石表面形成氢终止的机制是表面C=O键在高于500。C时分解为CO，相应的悬挂键由氢原子或氢分子占据．关键词：微波氢等离子体：金刚石：氢终止：氧终止中图分类号：0647．11FormationMechanismoftheH-terminatedDiamondSurfaceLIUJin．Long’LIUSheng’GU0Jian．Chao’HUAChen-yi’CHENLiang．Xian’WElJun．Jun’HEILi．Fu’WAN

4、GJing-JingFENGZhi．HongLlUQing0LICheng．Ming’’(InstituteforAdvancedMaterialsandTechnology,UniversityofScienceandTechnology8l『f，Beijing100083，PR．China；。ScienceandTechnologyonASICLaboratory,HebeiSemiconductorResearchInstitute,Sh#iazhuang050051．PR．China；SchoolofMetal

5、lurgicalandEcologicalEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beij'ing100083，PR．China)Abstract：MicrowavehydrogenplasmawasusedtointroducehydrogenterminationonthediamondSUrface．OpticalemissionsDectrosc0pv(OES)anddi仟usereflectanceinfraredFouriertransform

6、spectrOscOpyfDRlFTS)wereusedtocharacterizetheactiveradicalsintheplasmaandthec0ncentrati0nOfH．terminationonthediamondSUrface．respectively．ThermaIhydrogenationtreatmentcarriedoutbyhotfilamentheatinahydrogenatmospherewasalsoproposedforincorporationofH-terminationon

7、thediamondsurface．TheresultsshowedthattheCHradicaIcontentinthemicrowaveplasmaandtheH．terminationconcentrationonthediamondsurfaceaftermicrowaveplasmatreatmentwerebothfacilitatedbyincreasingthesubstratetemperature，plasmadensity，andinputpower．Interestingly，thermalh

8、ydrogenationtreatmentcanproduceH—terminationonthediamondsurfacecomparedwithtoasimilarextenttomicrowaveplasmatreatment．TheseobservationsshowthatthecruciaIfactorforf0rm