微波等离子体 CVD纳米金刚石场致电子发射研究

【摘要】：本论文研究了在多孔硅衬底上用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)技术生长的纳米晶金刚石薄膜和不连续金刚石薄膜的场致电子发射(FEE)特性。一方面,经电化学刻蚀制备得到的多孔硅表面存在大量缺陷,当将其作为衬底进行金刚石生长时将导致很高的成核密度,并且可提高薄膜与衬底间的粘附力。另一方面,受传统半导体工业中光刻术的启发,可设想以多孔硅作模板,生长出小的金刚石突起准阵列,也不失为一种成本低廉,又可达到较好场发射效果的方法。由于多孔硅(PS)具有在室温下发出可见光的特性, 在该衬底上进行金刚石薄膜生长之前,对其发光特性进行了研究。在氧化电流密度20mA/cm2,氧化时间15min 的情况下,对得到的多孔硅立即进行了发光特性测试,发现在室温下该多孔硅可发出波长约为750nm 的可见光。用扫描电子显微镜(SEM)对其表面形貌进行了观查。观查表明:得到的多孔硅孔径大小一致,排列整齐,孔径大小约为1μm,孔隙率较高。在该多孔硅衬底上进行金刚石薄膜的生长,从获得的样品SEM 照片可以看出:在孔隙率较高的情况下,金刚石成核密度低,难以生长成连续膜,呈多晶面大颗粒分立状. 原因是, 在孔隙率较高的情况下, 衬底具有较少的固态界面层。在适当降低孔隙率的情况下,衬底与待生长的薄膜之间的固态界面层增加, 可使金刚石成核密度提高,生长出纳米晶连续膜。可通过调节氧化电流密度大小的方法,来控制孔隙率的大小, 进而在多孔硅衬底上实现纳米晶金刚石薄膜与不连续分立晶金刚石薄膜的生长。对生长得到的纳米晶金刚石薄膜和不连续金刚石薄膜的场发射特性进行了