PECVD制备掺氮类金刚石薄膜的电化学特性_周凯

用PECVD在低温衬底上制备类金刚石碳膜
廖显伯;邓勋明
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2000(29)3
【摘要】本文报道用ＲＦＰＥＣＶＤ在低温衬底上制备了类金刚石碳（ＤＬＣ０膜。

研究了氢稀释、气体压力和ＲＦ功率对薄膜性质的影响。

用光透射率、红外吸收谱和小角度Ｘ射线衍射谱分析了ＤＬＣ膜的结构和光学性质。

结果表明，这样制备的ＤＬＸ膜是无定形态的，包含大量的Ｃ－Ｈ键，具有良好的透明性。

厚度为２３０ｎｍ的ＤＬＣ膜的４在４８０ｎｍ后地可见光区和近红外区的透过率大于８３％，所得出的透明性。

【总页数】4页(P220-223)
【关键词】类金刚石碳膜;mPCVD;低温;衬底
【作者】廖显伯;邓勋明
【作者单位】Toledo大学物理天文系;中国科学院半导体研究所凝聚态物理中心【正文语种】中文
【中图分类】TQ163 O484.1
【相关文献】
1.RF—PECVD制备类金刚石碳膜的沉积机理 [J], 程宇航;吴一平
2.衬底材料对直接光化学汽相淀积类金刚石碳膜成膜初期的影响 [J], 石瑞英;杜开瑛;谢茂浓;张敏;廖伟
3.磁激励RF-PECVD法低温制备类金刚石薄膜及其特性 [J], 肖琦;杨保和;朱珊珊
4.用类金刚石碳掩膜制备LaAlO_3台阶衬底 [J], 葛阳中;张新宇;周军;左景平;康琳;吉争鸣;杨森祖;吴培亨
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掺杂金属的类金刚石薄膜的制备及性能研究的开题报告一、选题背景及意义随着工业化的不断推进，对高性能材料的需求越来越迫切。

类金刚石薄膜因其优异的硬度、高温稳定性和良好的耐腐蚀性能而受到广泛关注。

然而，它的工艺复杂，成本高昂，限制了其广泛应用。

因此，开发一种简单、经济、高效的制备方法变得尤为重要。

掺杂金属到类金刚石薄膜中可以有效地改善其性能，并提高其应用价值。

本研究将选择较常见的掺杂金属铬来制备类金刚石薄膜，并探究其性能及应用前景。

二、研究目标1.通过化学气相沉积法制备掺杂铬的类金刚石薄膜。

2.对掺杂后的类金刚石薄膜进行结构、形貌、硬度等方面的表征。

3.研究不同掺杂浓度的类金刚石薄膜的硬度、电学性质、光学性质等性能变化规律。

4.探究掺杂金属类金刚石薄膜的应用前景，为相关领域的发展提供技术支持。

三、研究内容和方法1.掺杂铬的类金刚石薄膜的制备方法：采用化学气相沉积法，在适当的反应条件下，在类金刚石表面掺入铬元素。

掺杂的浓度可以通过半导体离子材料中的离子掺杂理论来计算，如需求得掺杂后材料电学性质，需进一步采取支撑理论计算。

沉积前需用机械抛光、碱洗和超声清洗等方法预处理基底。

完成沉积后，对样品进行光学显微镜、原子力显微镜、扫描电子显微镜、X 射线光电子能谱等测试，观察其薄膜的性质与结构。

2.性能测试方法：通过纳米压痕仪、电学性质测试仪和光学光谱仪等设备对不同掺杂浓度的类金刚石薄膜进行硬度、电学性质、光学性质等性能测试。

四、预期成果1.实验室成功制备掺杂铬的类金刚石薄膜，并探究其制备方法的可行性。

2.分析掺杂铬对类金刚石薄膜结构和性能的影响。

3.探究不同掺杂浓度的类金刚石薄膜的硬度、电学性质、光学性质等性能变化规律。

4.为掺杂金属类金刚石薄膜的应用提供技术支持。

五、开题计划1.前期准备：了解化学气相沉积法和掺杂理论等相关知识，阅读相关文献，学习研究中可能涉及的仪器操作方法。

2.研究方案设计：制定实验方案，选择物料、掺杂浓度等参数，并进行实验室前的准备工作。

PECVD类金刚石涂层的结构及其摩擦腐蚀行为宋紫炆;肖乐银;肖锦;周思科;张彤彤;马利秋;彭金勇;周升国【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2024(36)1【摘要】采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在316L不锈钢上制备类金刚石(DLC)涂层,系统地研究了所制备类金刚石涂层的表面形貌与结构、不同载荷下的摩擦磨损行为以及NaCl溶液(3.5 wt%)中不同腐蚀时间下的腐蚀行为。

研究结果表明:制备的DLC涂层是由sp^(3)键和sp^(2)键杂化形成的非晶碳结构,其中sp^(2)-C含量大于sp^(3)-C,具有典型的类金刚石碳特征;DLC涂层结构致密,表面平滑,粗糙度仅为Ra=12.1 nm,能够与316L不锈钢基体结合紧密;DLC涂层的接触角为59.44°,说明涂层表现出一定的润湿性;摩擦磨损测试结果表明DLC涂层具有良好的润滑效果,摩擦系数能低至0.07~0.16,磨损率低至(3.85~6.71)×10^(-7) mm^(3)/(N·m);电化学测试得到DLC涂层自腐蚀电流密度为6.72×10^(-6 )A·cm^(-2),阻抗模值高达7.05×10~4Ω·cm^(-2)。

这些表明PECVD技术制备的DLC涂层具有优异的摩擦学与耐腐蚀性能,能够对316L不锈钢基底材料形成较好的保护性能。

【总页数】8页(P1-8)【作者】宋紫炆;肖乐银;肖锦;周思科;张彤彤;马利秋;彭金勇;周升国【作者单位】江西理工大学;中国有色桂林矿产地质研究院有限公司国家特种矿物材料工程技术研究中心;江西理工大学【正文语种】中文【中图分类】TQ164【相关文献】1.类金刚石涂层与铝合金间的摩擦磨损行为研究2.镍−铝−青铜合金表面类金刚石涂层的腐蚀性能和摩擦学行为3.PECVD法沉积类金刚石膜的结构及其摩擦学性能4.PECVD法制备类金刚石薄膜的结构和摩擦学性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

液相电化学沉积类金刚石和类金刚石复合薄膜及其场发射性质研究液相电化学沉积类金刚石和类金刚石复合薄膜及其场发射性质研究摘要：类金刚石和类金刚石复合薄膜在场发射器件及其他微电子学设备中具有广泛的应用前景。

本研究通过液相电化学沉积技术制备了类金刚石和复合薄膜，并对其场发射性质进行了研究。

通过研究样品的结构、表面形貌和场发射特性，揭示了类金刚石和复合薄膜在场发射器件中的优异性能和潜在应用价值。

引言：类金刚石和类金刚石复合薄膜具有优异的机械、电学和光学性能，在微电子学、光电子学和能源领域具有广泛的应用前景。

场发射器件是一种基于冷阴极原理的微电子学设备，能够实现高亮度、高分辨率显示和高功率射频微波放大等功能。

本研究旨在通过液相电化学沉积技术制备类金刚石和复合薄膜，研究其结构、表面形貌和场发射性质，为其在场发射器件中的应用提供实验基础和理论指导。

实验方法：本研究采用液相电化学沉积技术制备类金刚石和复合薄膜。

首先，选取适当的基底材料，在其表面沉积助熔剂膜。

然后，在助熔剂膜上进行类金刚石和复合薄膜的电化学沉积。

电化学沉积参数包括沉积溶液的组成、沉积电流密度、沉积时间等。

制备的样品经过烧结处理，得到具有较高结晶度的类金刚石和复合薄膜。

通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等表征手段，对样品的结构和表面形貌进行了分析。

结果与讨论：通过实验我们发现，类金刚石和复合薄膜均具有优良的结晶性和致密的结构。

复合薄膜中的金属纳米颗粒均匀分布在类金刚石薄膜中，并且与基底材料之间形成良好的结合。

类金刚石薄膜具有较好的透明性，且硬度高、热稳定性好。

通过对样品的场发射特性测试，我们发现类金刚石薄膜和类金刚石复合薄膜都具有优异的场发射性能。

场发射电流和电场之间存在近乎线性的关系，且场发射启动电压较低，表明类金刚石和复合薄膜在场发射器件中具有重要的应用潜力。

结论：本研究通过液相电化学沉积技术成功制备了类金刚石和复合薄膜，并研究了其场发射性质。

实验结果表明，类金刚石和复合薄膜具有优异的结晶性、致密的结构和良好的场发射性能。

PECVD生长类金刚石薄膜的电学性质研究的开题报告一、研究背景和意义金刚石具有极高的硬度、导热性和化学稳定性等优良的物理和化学性质，因此被广泛应用于电子领域、机械加工、能源领域等方面。

金刚石薄膜作为一种新型材料，由于其具有透明、硬度高、耐磨损、热稳定性好、导热性好等特点，因此也得到了广泛的研究和应用。

其中，PECVD技术（等离子体增强化学气相沉积法）作为一种金刚石薄膜制备技术，具有工艺简单、生长速率快、成本低廉等优势，因此逐渐成为金刚石薄膜制备的主流技术之一。

然而，当前对于PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质的研究还较为有限。

因此，在此前提下，研究PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质，对于深入了解金刚石薄膜的性质，进一步提高其应用水平具有重要的意义。

二、研究目的和内容目的：本研究旨在探究PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质，并通过分析其电学性质来了解其物理和化学性质的特点，为其在电子领域的应用提供技术支撑和基础研究。

内容：1. 研究金刚石薄膜的生长机理以及PECVD生长技术的基本原理；2. 利用扫描电子显微镜（SEM）、X光衍射（XRD）等表征手段，对PECVD生长的金刚石薄膜的结构和形貌进行表征；3. 通过电学测试，分析PECVD生长的金刚石薄膜的电阻率、电容率等电学特性参数；4. 对得出的实验数据进行分析，探究PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质与其生长条件、工艺参数等的关系；5. 结合分析结果，深入探究PECVD生长的金刚石薄膜的物理和化学性质。

三、研究方法和步骤1. 原料选择与准备：选择优质的气体和金刚石衬底制作样品；2. PECVD生长：采用PECVD技术生长金刚石薄膜；3. 表征：运用SEM、XRD等手段对金刚石薄膜的结构和形貌进行表征；4. 电学测试：测量样品的电阻率、电容率等电学参数；5. 数据分析：通过数据分析，探究PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质与其生长条件、工艺参数等的关系。

掺氮类金刚石薄膜的制备及其结构与光电性质研究的开题报告一、研究背景和意义金刚石是一种优异的材料，具有高硬度、高热导率、高抗腐蚀性等特点，在机械、光电、电子等领域有广泛应用。

然而，金刚石薄膜的制备难度较大，其应用受到限制。

近年来，掺杂金刚石薄膜的研究引起了广泛关注，掺杂可以改变金刚石的物理性质，拓展其应用领域。

氮是一种常见的掺杂元素，通过氮掺杂可以显著改变金刚石的电学、光学和热学性质。

因此，掺氮金刚石薄膜的研究成为了当前研究的热点之一。

在本次研究中，将研究掺氮金刚石薄膜的制备、其结构和光电性质，探索其在光电和电子器件方面的应用，为该领域研究提供新的思路和方法。

二、研究内容和方法本次研究将重点研究掺氮金刚石薄膜的制备、结构和光电性质。

主要研究内容包括以下几个方面：1. 掺氮类金刚石薄膜的制备通过热化学气相沉积方法制备掺氮类金刚石薄膜，并对制备参数进行优化。

2. 掺氮类金刚石薄膜的结构分析利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜 (TEM) 对掺氮类金刚石薄膜的结构进行表征，分析掺杂氮对其晶体结构的影响。

3. 掺氮类金刚石薄膜的光电性质研究利用紫外-可见吸收光谱等实验方法，研究掺氮类金刚石薄膜的光学性质，研究其在导电性质上的改变，并推测其在光电子器件中的应用前景。

三、研究计划和进度安排第一年：1. 进行文献调研，确定研究方向和内容；2. 利用热化学气相沉积法制备掺氮类金刚石薄膜；3. 对制备参数进行优化，得到较好的掺氮类金刚石薄膜。

第二年：1. 对制备的掺氮类金刚石薄膜进行结构表征；2. 通过紫外-可见吸收光谱等实验方法研究其光学性质；3. 研究其在导电性质上的改变。

第三年：1. 推测掺氮类金刚石薄膜在光电子器件中的应用前景；2. 完成毕业论文的撰写。

四、总结本次研究旨在通过研究掺氮类金刚石薄膜的制备和表征，揭示其在光电子器件方面的应用潜力。

通过本次研究，可为金刚石薄膜的应用拓展提供新的思路和方法。

RF-PECVD法在PMMA上沉积类金刚石碳膜的性能研究的开题报告一、研究背景和意义类金刚石碳膜具有超高硬度、优良的耐磨性、高温稳定性、化学惰性等优异性能，因此已广泛应用于陶瓷、硅片、光学学、模具等领域。

目前，沉积类金刚石碳膜的方法主要有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PECVD）两种方式。

其中，RF-PECVD 法在沉积后膜层中不含氢，表现出更高的纯度和化学惰性，因此能适用于更广泛的领域。

在已有的研究中，类金刚石碳膜主要是沉积在硅片和金属表面上的，而在PMMA表面上的研究较少，因此利用RF-PECVD法在PMMA表面沉积类金刚石碳膜的研究具有重要的理论和应用意义。

二、研究目的和内容本文旨在探究RF-PECVD法在PMMA表面沉积类金刚石碳膜的方法和性能，具体内容包括：1.研究不同实验参数对类金刚石碳膜沉积速率的影响，如放电功率、反应气体流量、沉积时间等；2.测试不同条件下PMMA表面的接触角、耐磨性等性能指标，研究类金刚石碳膜对PMMA表面性能的影响；3.利用相关仪器测试类金刚石碳膜的化学组成和膜层结构，探究不同沉积条件下膜层的微观结构和物理性能；4.分析不同沉积条件下类金刚石碳膜对PMMA表面粘附性能的影响机制。

三、研究方法本文采用RF-PECVD法在PMMA表面沉积类金刚石碳膜，并通过接触角、耐磨性等性能测试以及X射线光电子能谱分析、扫描电镜观察等手段探究不同沉积条件下类金刚石碳膜的性能与结构。

四、研究意义和创新点1.开拓了类金刚石碳膜的新应用领域，为PMMA表面性能的提升提供了新的途径。

2.深入探究类金刚石碳膜的性能与结构之间的关系。

3.提高类金刚石碳膜的制备技术水平，具有一定的工业应用价值。

4.为PMMA表面涂层材料的开发提供了新的想法和思路。

本研究的创新点在于首次利用RF-PECVD法在PMMA表面沉积类金刚石碳膜，探究其对PMMA表面性能的影响机制，为类金刚石碳膜的应用领域拓展提供了新的方向。

等离子体增强化学气相沉积技术（PECVD）在薄膜制备中的应用综述摘要：本文综述了现今利用等离子体技术增强化学气相沉积（CVD）制备薄膜的原理、工艺设备现状和发展。

关键词：等离子体；化学气相沉积；薄膜；一、等离子体概论——基本概念、性质和产生物质存在的状态都是与一定数值的结合能相对应。

通常把固态称为第一态，当分子的平均动能超过分子在晶体中的结合能时，晶体结构就被破坏而转化成液体(第二态)或直接转化为气体(第三态)；当液体中分子平均动能超过范德华力键结合能时，第二态就转化为第三态；气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种集合体形态，从而形成了物质第四态——等离子体。

只要绝对温度不为零，任何气体中总存在有少量的分子和原子电离，并非任何的电离气体都是等离子体。

严格地说，只有当带电粒子密度足够大，能够达到其建立的空间电荷足以限制其自身运动时，带电粒子才会对体系性质产生显著的影响，换言之，这样密度的电离气体才能够转变成等离子体。

此外，等离子体的存在还有空间和时间限度，如果电离气体的空间尺度L下限不满足等离子体存在的L>>lD（德拜长度lD）的条件，或者电离气体的存在的时间下限不满足t>>tp （等离子体的振荡周期tp）条件，这样的电离气体都不能算作等离子体。

在组成上等离子体是带电粒子和中性粒子（原子、分子、微粒等）的集合体，是一种导电流体，等离子体的运动会受到电磁场的影响和支配。

其性质宏观上呈现准中性（quasineutrality），即其正负粒子数目基本相当，系统宏观呈中性，但是在小尺度上则体现电磁性；其次，具有集体效应，即等离子体中的带电粒子之间存在库仑力。

体内运动的粒子产生磁场，会对系统内的其他粒子产生影响。

描述等离子体的参量有粒子数密度n和温度T 。

通常用ne、ni 和ng 来表示等离子体内的电子密度、粒子密度和中性粒子密度。

第25卷第10期半　导　体　学　报V o l.25,N o .10　2004年10月CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR SO ct .,2004程　翔　女,1977年出生,博士研究生,主要从事宽禁带半导体材料和器件方面的研究.陈　朝　男,1943年出生,教授,博士生导师,主要从事半导体材料和器件方面的研究.2003210227收到,2004201214定稿○c 2004中国电子学会掺氮类金刚石薄膜的电化学C -V 研究程　翔1　陈　朝1　徐富春1　刘铁林2(1厦门大学物理系,厦门　361005)(2深圳市纳诺材料技术研究所,深圳　518048)摘要:采用射频等离子体增强化学气相沉积(R F 2PECVD )法携带N 2或N H 3制备掺氮的类金刚石(DL C ∶N )薄膜,对不同掺杂方法得到DL C ∶N 薄膜进行电化学C 2V 测量.I 2V 和C 2V 曲线表明,不论是采用N 2或是N H 3进行掺杂都得到n 型的DL C 薄膜,掺N H 3的样品载流子浓度能达到更高.根据样品的电化学C 2V 测量结果并结合X 射线光电子能谱,详细研究了DL C ∶N 薄膜载流子浓度的纵向分布,发现在靠近薄膜与衬底界面处附近即生长初期N 的掺杂浓度分布较高.关键词:掺氮类金刚石薄膜;电化学C 2V ;X 射线光电子能谱PACC :7360N ;7280N ;8280F中图分类号:TN 304118 文献标识码:A 文章编号:025324177(2004)10212642051　引言类金刚石(DL C )薄膜是一种新型功能材料,主要以碳氢化合物为原料,在低温低压下合成的含有非晶态和微晶结构的碳膜.DL C 薄膜由于与金刚石有相似的力学、光学和电学特性而备受关注.DL C 薄膜的生长、光学性质和机械性质等已经比较被人们了解[1,2],并在很多领域得到应用,如抗磨损表层、散热涂层[3,4]和光学透射膜等.但DL C 薄膜的电学性质及其应用尚处于研究探讨阶段.对DL C 薄膜掺杂以改变其导电特性,拓展它作为一种新型半导体材料在光电方面的应用是近年来的研究热点[5～7].M eyerson 和Jones 等人的研究表明,在DL C 薄膜中掺入硼、磷和氮是可能的[8].硼的成功掺入形成p 型DL C 薄膜已被众多研究者证实[9～13],然而对于氮的有效掺杂和掺氮机理仍有待于进一步探讨.本文用射频等离子体增强化学气相沉积(R F 2PECVD )法,携带N 2或N H 3制备了掺氮的DL C (DL C ∶N )薄膜,并对不同掺杂方法得到的DL C 薄膜进行电化学C 2V 测量分析.电化学C 2V 方法是研究半导体材料中载流子浓度纵向分布的有效手段.这种方法利用电解液与半导体形成的Scho ttky 势垒代替金属2半导体势垒,通过耗尽层的C 2V 关系计算半导体在不同深度处的载流子浓度,从而获得半导体材料载流子浓度的纵向分布[14].对于新型半导体材料DL C 薄膜,在没明确金属与之接触性质前,采用电化学C 2V 方法来测量薄膜的有效掺杂和掺杂浓度的纵向分布是一种有效手段.2　实验采用平行板式R F 2PECVD 制备DL C ∶N 薄膜,射频频率为13156M H z .实验中所用的衬底材料为n 型Si 单晶片(电阻率～01018・c m ),对它进行表面清洁处理后,放入真空室内通入A r 气进行等离子体辉光放电处理,真空室的本底真空为011Pa 左右.反应气体分为两种混合气体,一种是CH 4和N 2的混合气体,一种为CH 4和N H 3的混合气体.输出射频电压为1300～1600V ,加阳极电流为100mA ,栅极电流为20mA ,在衬底温度为室温下进行辉光放电反应,通过改变辉光时间得到不同厚度的系列样品.在进行X 射线光电子能谱(XPS )测量同时得到样品厚度,其中携带N 2进行掺杂的样品1#沉积厚度约为210nm ,样品2#厚度约为20nm ;通过携带N H 3进行掺杂的样品3#沉积厚度约为160nm ,样品4#厚度约为20nm .通过R am an 谱、红外反射谱和XPS 对未掺氮的薄膜样品进行微结构分析,各特征峰表明薄膜样品是含有不同比例的sp 3C 和sp 2C 的DL C 薄膜.作者在其它文章[15]已有陈述,这里就不再重复.利用B i o 2R ad 公司的PN 4300PC 电化学C 2V 测试仪检测样品的载流子浓度纵向分布,N aO H ∶ED TA 电解液作为一个电极,金属丝加在DL C ∶N 薄膜表面形成前接触作为另一电极.由于DL C 薄膜的化学稳定性,暂时还没有找到一种电解液能将样品表面层层腐蚀剥离,只能通过测量计算薄膜 N aO H ∶ED TA 电解液界面形成的Scho ttky 势垒电容和电压的关系,来获得载流子浓度的纵向分布.XPS 是在美国PH IQ uan tum 2000能谱仪上进行,分析室压力5×10-7Pa .选用A l K Α(148616eV )为激发源,能量分析器的通过能为2315eV .在分析室中,利用氩离子枪,对样品进行原位刻蚀.3　结果和讨论样品测试时的装置如图1所示.测试中DL C ∶N 薄膜与电解液间形成Scho ttky 势垒,两个电极端分别接于N aO H ∶ED TA 电解液和样品薄膜处.在I 2V 和C 2V 曲线中负电压方向为Scho ttky 势垒的正向偏置,而正电压方向为反向偏置.图1　样品测试时的装置示意图F ig .1　Structu ral fram e fo r m easu ring samp le选择合适的测量电压范围和限制电流进行I 2V 测量,图2给出了DL C ∶N 薄膜 N aO H ∶ED TA 电解液的I 2V 特性曲线.由这样的I 2V 特性可以判断DL C 薄膜的导电类型为n 型,证实两种掺杂方法都得到有效掺杂.各个样品的正向阈值电压略有不同,较为明显的是不同厚度样品1#,3#和2#,4#的反向电压不同.在一个样品 电解液系统中,样品的掺杂浓度不同,正向阈值电压基本不变,反向击穿电压则会随着样品的载流子浓度不同而变化.沉积时间较久的1#和3#反向击穿电压约为10V ,2#和4#的反向击穿电压比1#和3#小,由此可以初步认为1#,3#的掺杂浓度比2#,4#的低.说明薄膜沉积时间的长短影响掺杂浓度,即在薄膜生长初期的N 掺杂更有效.随着薄膜厚度的增加,N 的有效掺杂降低,其中可能的原因在下文中讨论.图2　DL C ∶N 薄膜 N aOH ∶ED TA 电解液的I 2V 曲线F ig .2　I 2V cu rves of DL C ∶N fil m s N aOH ∶ED TA选择合适的测量电压范围和限制电流,对样品施加频率为310kH z 的交频信号,改变样品的反向偏压,测量DL C ∶N 薄膜 N aO H ∶ED TA 电解液C 2V 特性.图3是3#样品的C 2V 特性曲线,此C 2V 曲线图形样式也验证所测样品的导电类型为n 型.电化学测量C 2V 有三种模式:并联、串联和3端.因为改变交频信号的频率,三种模式曲线会更加靠近,所以采用串联模式进行分析.样品在反向偏压下,薄膜 电解液界面形成了仅由电离施主组成的空间电荷耗尽层,随着偏压的加大,耗尽层边界往薄膜内层扩展.耗尽条件下的能带图和Robertson 等人研究的DL C 与金属Scho ttky 接触能带图[16]类似,如图4所示,交频信号只使电离施主在空间电荷区的边缘发生变化.电容C 与偏压V 、耗尽层宽度X d 的关系如下:5621　10期程　翔等:　掺氮类金刚石薄膜的电化学C 2V 研究图3　样品3#的C 2V 曲线F ig .3　C 2V cu rve of samp le3图4　反向偏压下DL C ∶N 与电解液能带图F ig .4　Energy 2band diagram of electrolyte DL C ∶N under reverse b iasC =qN D Ε0Εr2(5-V )12(1)X d =Ε0ΕrC(2)其中　C 为单位面积电容;q 为电子电荷;N D 为样品的掺杂浓度;Ε0为真空电容率;Εr 为DL C 薄膜的相对介电常数;5为样品 电解液势垒.由(1)式可得:d (1C 2)d V =2Εr Ε0qN D(3) 只要将C 2V 曲线变换为1 C 22V 曲线,计算曲线斜率可求得样品掺杂浓度N D .做出N D 2X d 曲线,即可得到n 型DL C 薄膜载流子浓度纵向分布,如图5所示.图5中垂直虚线处为样品DL C ∶N 薄膜与衬底界面,可以看出样品在此处即薄膜生长初期,载流子浓度都较高,这与上文中厚、薄样品的电流曲线反映出来的现象一致.随着薄膜的增厚,载流子的浓度图5　1#和3#样品N D 2X d 曲线F ig .5　NDof samp les 1and 3,depending on Xd趋近平衡,而在接近薄膜 电解液接触面,载流子浓度略有增大.我们知道氮在DL C 薄膜中存在多种可能的结合方式[17],只有当氮成键后多余一个孤立电子才是有效掺杂,若多余的是电子对则对自由载流子仍无贡献.如果在DL C 薄膜中氮在大多数情况下代替C 中心可剩余单电子,或与C 同时形成两个单键和一个双键可剩余单电子,也就是N 与C 的单、双键成键量越高剩余单电子的几率越大,对样品的有效掺杂也越强.我们以样品1#为例进行分析.图6为1#中氮的XPS 图,z 轴是刻蚀时间,可以看出N 原子主要以键能为39815eV 的N 2sp 2C 和40016eV 的N 2sp 3C 成键[18],随着生长层的增加,N 成键分布高峰在薄膜与衬底界面处附近,这与样品的载流子分布基本对应.由于C 和Si 的晶格失配,生长初期在薄膜与衬底的界面处必含有较多的缺陷,易吸附N ,N 又多形成N 2sp 2C 和N 2sp 3C 键,这是N 原子的有效掺杂位置[17].随着生长层厚度的增加,薄膜内部缺陷相对减少,对N 的吸附及N 的成键量也随之减少,对应于电学来说,提供载流子的有效掺杂就随之降低.薄膜表面处于富N 的等离子体,N 的有效掺杂也有所提高.从得到的载流子浓度范围可以看出,掺N 2样品比掺N H 3样品的载流子浓度分布均匀,但后者能获得更大浓度值,样品4#在与衬底界面处的载流子浓度可达到1101×1018c m -3.我们知道,射频电场产生的等离子把N 2,N H 3分解成离子体.由于N —H 键的分解能比N —N 键的分解能小,等流量的两种气体,N H 3的N 掺入DL C 薄膜中的比例更高,所6621半　导　体　学　报25卷　图6　1#样品N1s的XPSF ig.6　N1s XPS spectra in the samp le1能达到的有效掺杂也相应更高.4　结论用平行板式R F2PECVD制备了掺氮DL C薄膜系列,利用电化学C2V测试仪检测样品的载流子浓度纵向分布.I2V和C2V曲线表明,不论是采用N2或是N H3进行掺杂都得到n型的DL C薄膜,掺N H3的样品载流子浓度较高,达到1018c m-3.N掺杂浓度在DL C∶N薄膜与衬底界面处附近较高,随着薄膜的增厚,浓度趋近平衡,而在接近薄膜 电解液接触面又略有增大.参考文献[1]　Yuan Guang,J in Yixin,J in Changchun,et al.Study of dia2mond fil m on silicon ti p array.Ch inese Journal of Sem icon2ducto rs,1997,18(1):1(in Ch 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carbon fil m s by tw o k inds of differen t sou rce gases including n itrogen.W ith the analysis of the electrochem ical C2 V p rofile and the cu rren t2vo ltage(I2V)characteristics cu rve,the n2type diamond2like carbon fil m s can be ob tained by either N2o r N H3doped.T he den sity of carriers in the samp les doped by N H3is h igher up to1018c m-3.W ith the electrochem ical C2V and the X2ray pho toelectron spectra(XPS),it is discu ssed that the den sity longitudinal distribu ti on of carriers in the DL C∶N fil m s w ith the dep th.T he peak of N2doped concen trati on distribu ti on is at the DL C∶N fil m s2sub strate in terface,the grow th in itial stages.Key words:N2doped diamond2like carbon fil m;electrochem ical capacitance2vo ltage;X2ray pho toelectron spectraPACC:7360N;7280N;8280FArticle I D:025324177(2004)1021264205Cheng X iang　fem ale,w as bo rn in1977,PhD candidate.She is engaged in the research on w ide gap sem iconducto r th in fil m m aterials and devices.Chen Chao　m ale,w as bo rn in1943,p rofesso r,adviso r of PhD candidates.H e is engaged in the research on sem iconducto r th in fil m m ateri2 als and devices.R eceived27O ctober2003,revised m anuscri p t received14January2004○c2004T he Ch inese Institute of E lectronics 8621半　导　体　学　报25卷　。