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1、旨 第十层全国电子束离子束光子束学术年会 用磁过滤弧生长的t o 一 C膜 田人和. 王广甫. 吴瑜光， 张孝吉， 张荟星 ( 北京师范大学低能核物理研究所， 射线束与材朴工程开放实验室， 北京 1 0 0 8 7 5 ) 摘要: 用磁过滤弧法在单硅、 熔凝石英以及砚硅玻璃衬底上生长了t o - C膜。用椭偏仪、 X P S 语技术、 以 及R a m a n 光讲技术对不同 犯偏压条件下生 成的t o - C 膜进 行了研究。对于 硅单晶 衬底上生长的ta- C膜， 勒偏压在一1 0 0伏附近有最接近金刚石晶体的折升率值。在一8 0伏 的北偏压下生成的t o 一 C膜的S P 健的含童为7
2、8 . 8 %0 关健词: ta一C膜; 磁过滤弧; S P 健 1 引言 用 C V D法生长多晶金刚石膜， 存在两方面问题: 一是衬底温度太高( 高于 6 0 0 0， 有时甚 至高达 1 0 0 0 r) ， 二是多晶金刚石膜表面粗糙不平， 均匀性差， 不能用于透明度要求高的光学 系统。而在低温( 低于 1 5 0 1 C) 衬底上用 C V I ) 方法制备的含氢或不含氢的类金刚石非晶 C膜， 品质并不理想， S P 3 键含且较低， 一般只有 1 0 %- 3 0 %左右。因此研究者们发展了一系列方法 来制备S P 3 键( 又称C - C 四面体键) 含量高的四 面体非晶C 膜(
3、D e t i a h e d r a l a m o r p h o u s c a r b o n f i l m ， 简 称ta - C 膜) 。 在 诸 多 的 方 法 之中 t 1 ， 本 文 采 用 的 磁 过 滤 弧 方 法 是 一种 比 较 好 的 生 长 高 性能ta一 C 膜的方法。这 种方法的 优点是， 在高 真空( 1 0 - 3 - - 1 0 - 0 P . ) 状态下生长， 制成的膜很 纯净， 衬底温度低( 接近 室温) ， 膜中 很少结晶颖较， 此外还因为 加了 磁过滤系统， 从阴 极表面飞 出的碳粒很少能够达到样品的表面， 因此这种膜的均匀性和光学透明度都能满
4、足光学系统的 要求。本工作用磁过滤弧技术在单晶硅、 熔凝石英、 以及硼硅玻璃( 显微镜载物片) 等衬底上生 长了ta- C 膜， 并且用椭偏仪、 X P S 谱 技术( 2 ) 、 以及R a m a n 光 谱技术 3 1 对 不同 条件下生长的ta 一C膜进行了研究。 2 实 验 本实验使用的磁过滤系统有 9 0 偏转角， 真空度一般在2 . 6 7 x 1 0 - - y 4 x 1 0 - 4 P a 之间， 阴 极弧用脉冲触发， 脉冲宽度为2 5 ms , 重复频率在 0 . 5 -2 5 1 4 z 之间可调。靶偏压在 0 -2 0 0 V之 间连续可变。沉积量由电荷积分仪测盘。薄
5、膜厚度和折射率用楠偏法测量。S P 和S P 的含 盆用 X P S谱和 R a m a n谱测量。 3 结果和讨论 4 3 1 一;飞 湖南 长沙 3 . 1 用椭偏法测A薄膜厚度和折射率 表 I 不同靶偏压下生长的to一 C膜的厚度和折射率 靶偏压 折射率 膜 厚 度 一2 0伏一1 1 0伏一2 0 0伏 2 . 7 0 2 5 42. 6 8 2 0 6 n m1 6 1 n m1 7 2 n m 不 同 靶 偏 压 下 生 长 的t o 一 C 膜的 厚 度 和 折射 率 示 干 表1 中， R . L o s s y 等 ( 4 1 0 - - 1 0 0 V 把 偏压范围内测量过
6、折射率随靶偏压的变化， 随着靶负偏压的升高， 折射率由2 . 6 7逐渐降至 2 . 4 6 ( 接近金刚石晶体的折射率 2 . 4 1 ) , 我们将测最范围扩展到 一2 0 0 V , 发现超过一1 0 0 V以 后， t o 一 C膜的折射率又缓慢上升， 到一 2 0 0伏时， 升至2 . 6 8 0靶偏压在一1 0 0伏附近生长出来 的t o 一 C膜最接进金刚石晶体的折射率。 3. 2 XP S谱测， 气、.、.，1飞、弓、，一 / 才才 尸 一 60VSP3 口目的沪曰卿 2 8 2 一涛 卜，法25 一哪 之一288 B in d i n g E n e r g y ( e v
7、) 图 1样 品的 c i s的 X P S谱 在单晶硅衬底上于一8 0伏靶偏压下生长的t o 一 C膜的X P S 侧t结果示于图1中， 虚线是 在扣除本底后用三个高斯函数拟合的结果， 三个峰分别位于2 8 4 . 8 5 , 2 8 5 . 8 0和 2 8 6 . 8 5 e V: 分 别对应于s p 键, S P键的 碳原子和扩 键的碳原子的二 一 二 峰， 通过对前两个峰面积的比 较可 得到s p a 健所占的比例( 测it结果见表2 ) a 3. 3 Ra ma n光谱 侧f 4 3 2 . 一、 第十居全国电子束离子束光子束学术年会 c 8 0 V 8 0 0 卜 1 1 ! !
8、 宜们佳. 仆肚下下 1竹列、，刀 侧凡伟飞，C 烈邵护， 以J洲.、片比“ 时 k ! 陈1 、; 1 珠以A OM 卜111卜.11!r! 500050 43. 。 7L in a 1 6 0 0 1 8 0 0 2 喊 称 R AMA N S HI F F( - - 1 ) 图 2样 品 的 R -谱 图2中示出了对单晶硅衬底上一8 0伏靶偏压下生长的 t o - C膜的R a m a n谱测量结果， C 峰在 1 5 5 0 c m, D峰出在1 3 5 0 c m, 表2中示出了各种靶偏压下生长的t o - C膜样品S P 健含量 的分析结果, X P S的测最结果与 R a ma
9、n 测量结果可以比较。 表2 各种靶偏压下生长的t 。 一C膜样品s il l 健含量分析结果 偏压1 7 0 伏 X P S法 洲 贫 R = a n法 浦 - 2 0 1) t 7U. 7% 兰0 fR 8 0. 1 俗 - 8 0 竺 7 8. 8% 一1 t 0伏 7 6曳 一1 4 0 伏 5 9, 3%6 5. 9% 一 2 0 0伏 5 1. 9% 7 0 % 7 1 % 8 1 % 8 1 % 7 2 % 7 9 % 7 0 % 3 . 4 衬底的影晌 在抛光的硅单晶衬底上比较容易生长， 长出的 t o - C膜也比较光亮均匀， 但在熔凝石英和 翻硅玻瑞衬底上生长比较难。生长前
10、熔凝石英和硼硅玻瑞样品表面要用细金刚砂打毛。因为 熔凝石英和确硅玻璃都是绝缘材料， 为了防止电荷积累， 用交流的靶偏压比较好。 参考文献: ( 1 ) P h il - J . R T = s , R. S L -d o . A. 1 9 9 3 ,3 4 2:2 7 7 . ( 2 ) J a c k e o a . S. T . N -R. G. A p p l . S U R F . S c i . 1 9 9 5 , 9 0 : 1 9 5 . ( 3 ) S ta n i s h e v k y . A . V , K h r ia c h te h e v L . Y . L a p p a i a i n e a R . e t a l . D i a t n o n d a n d R e la t e d M a t e r ia ls , 1 9 9 7 : 6 1 0 2 6 ( 4 ) L o s s y . R, P a p p a s D. R o y , R. A. e t a l . J . A p p l . P h y s , 1 9 9 5 , 7 7 :4 7 5 0 . F 4 3 3
