Plazmochemická depozice diamantových vrstev v duálním mikrovlnném/vysokofrekvečním výboji

Bc. Jiří Šperka, Ph.D.

Master's thesis

Plasmachemical deposition diamond films in dual microwave/radio frequency discharge

Abstract:

Tato práce se zabývá depozicí ultrananokrystalických diamantových vrstev na křemík, titan a zlato plazmochemickou depozicí z plynné fáze v mikrovlnném plazmovém reaktoru zvonovitého tvaru typu ASTeX, který využívá mikrovlnný (2,45 GHz) a radiofrekvenční (13,56 MHz) výboj. Záporné stejnosměrné samopředpětí (metoda BEN), které vzniká díky radiofrekvenčnímu výboji, bylo využito pro počáteční nukleaci diamantu a pro jeho kontinuální renukleaci během depozice, která je nezbytná pro růst ultrananokrystalické diamantové vrstvy. Výchozím plynem byl metan vysoce zředěný ve vodíku, mikrovlnný výkon byl 850 W. Teplota držáku substrátu byla bezkontaktně měřena pomocí pyrometru Raytek. Vrstvy byly charakterizovány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, byla využita také metoda nízkoenergiové elektronové mikroskopie (SLEEM). Ukázalo se, že vyšší harmonické frekvence plazmových oscilací existují také ve vysokém tlaku (jednotky kPa), a že mohou být jako nová diagnostická metoda využity ke studiu depozičního PECVD procesu.

Abstract:

This thesis deals with the deposition of ultrananocrystalline diamond films by plasma enhanced chemical vapor deposition in conventional bell jar plasma reactor of ASTeX type using dual frequency discharge, microwave (2,45 GHz) and radio frequency (13,56 MHz). The latter discharge, leading to the dc self-biasing of the substrate, was used to initiate diamond nucleation and continued to deposit ultrananocrystalline material due to permanent renucleation. The growth was performed using small amount of methane in hydrogen and it was tested not only on silicon substrates but also on titanium and gold. The films were characterized by scanning electron microscopies including low energy scanning mode (SLEEM). The infrared pyrometer Raytek was used to measure the temperature of the substrate holder. Diagnostics of the deposition process was performed by measuring amplitudes of various voltage harmonics. It was shown that higher harmonic frequencies of plasma oscillations exist at the processes pressure of kPa and can be used as new diagnostic tool for the investigation of PECVD process.

Keywords

Diamant, plazmochemická depozice z plynné fáze, UNCD, PECVD, SLEEM, harmonické frekvence plazmatu, diamond, chemical vapour deposition, plasma harmonics

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 17. 6. 2011
• Supervisor: doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Plasma Physics