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研究生： 黃式明
Xie-Ming Huang
論文名稱： 氫氣對二氧化碳雷射誘發化學氣相沈積法成長碳質膜之影響
指導教授： 劉海北
Hai-Pei Liu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度： 88
語文別： 中文
論文頁數： 62
中文關鍵詞： 雷射誘發化學氣相沉積法 、鑽石薄膜
外文關鍵詞： LCVD, Diamond films
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    • 本文是探討氫氣對成長類鑽碳膜的影響，研究中薄膜是利用雷射誘發化學氣相沉積法，以氫氣、乙烯和氬氣為反應氣體，沉積在Si（100）、P型晶片上，藉以找出最重要的沉積參數。薄膜的組成與結構是由SEM、Dektak、FTIR與Raman光譜技術來檢測之。實驗結果顯示氫含量的增加有助於薄膜形成sp3鍵結，而且抑制石墨的產生。另外，我們也在薄膜中發現了天然鑽石才有的 1332cm-1峰值。


    目 錄 中文摘要……………………………………………………Ⅰ 英文摘要……………………………………………………Ⅱ 誌謝詞…………………………………………………Ⅲ 目錄……………………………………………………Ⅳ 圖表……………………………………………………Ⅵ 第一章 緒論……………………………………………1 第二章 文獻回顧………………………………………2 2-1 鑽石製程發展沿革………………………2 2-2 碳類薄膜介紹……………………………5 第三章 二氧化碳雷射反應原理…………………8 3-1 二氧化碳雷射之基本原理…………………8 3-2 雷射熱解現象………………………………13 3-2-1 雷射熱解原理…………………………13 3-2-2 熱解碎片的螢光光譜…………………16 3-2-3碰撞對反應的影響…………………17 3-3 沉積參數的影響……………………………22 第四章 實驗方法及步驟……………………………………27 4-1 實驗裝置……………………………………27 4-2 實驗步驟……………………………………30 4-2-1 原料基材及前處理……………………30 4-2-2沉積條件……………………………30 4-2-3沉積步驟……………………………31 4-2-4薄膜性質之分析與鑑定……………32 第五章 結果與討論……………………………………34 5-1 乙烯譜線與吸收的關係……………34 5-2 氬氣功能的探討……………………36 5-3 反應氣體的溫度估算………………39 5-4薄膜的特性分析…………………43 5-4-1薄膜的成長速率……………………43 5-4-2氫氣分壓對薄膜品質的影響………44 5-4-3氫氣分壓對薄膜品質的影響………52 5-4-4 薄膜之種類鑑定及分析……………55 第六章 結論……………………………………58 參考文獻…………………………………………60 圖 表 圖2-1 碳之熱力學相平衡圖………………………………4 圖2-2 鑽石與石墨鍵結之結構圖…………………………7 圖3-1雷射能級示意圖……………………………8 圖3-2 二氧化碳分子的振動模態圖………………………9 圖3-3二氧化碳雷射能級躍遷示意圖……………10 圖3-4 二氧化碳雷射001和100之間的振－轉躍遷…11 圖3-5 簡單雙原子分子之能級圖………………………19 圖3-6 多光子分解示意圖………………………………20 圖3-7 電漿氣相沉積時所觀察到的譜線…………21 圖3-8 矽烷及氬氣分壓與吸收係數的關係……………25 圖3-9 基板溫度和沉積速率的關係……………………26 圖3-10 光束和基板距離對沈積速率及膜均勻性的關係…26 圖4-1 實驗系統裝置圖…………………………………29 表4-1 薄膜沉積條件圖……………………………30 圖5-1 乙烯在的線性吸收光譜……………………34 圖5-2 乙烯的多光子吸收光譜……………………34 圖5-3 乙烯吸收係數和雷射譜線的關係…………35 圖5-4 乙烯吸收係數和雷射譜線的關係…………35 表5-1 在固定雷射功率下所須之最少乙烯分壓…38 圖5-5 反應室的截面圖……………………………42 表5-2 在不同基板溫度下的氣體溫度…………………42 圖5-6 薄膜的截面圖……………………………………43 表5-3 基板溫度320℃時之雷射功率圖……………44 表5-4 基板溫度380℃時之雷射功率圖……………44 圖5-7 FTIR光譜中常見之吸收峰值圖……………46 圖5-8 320℃之FTIR吸收光譜圖……………………48 圖5-9 380℃之FTIR吸收光譜圖……………………48 圖5-10 320℃之拉曼光譜圖………………………50 表5-5 圖5-10之峰值位置及半高寬………………50 圖5-11 380℃之拉曼光譜圖………………………51 表5-6 圖5-11之峰值位置及半高寬………………51 圖5-12 不同溫度下的紅外光譜圖………………52 圖5-13 不同溫度下的拉曼光譜圖………………54 表5-7 圖5-13之峰值位置及半高寬………………54 圖5-14 FTIR a-C：H films…………………………………55 圖5-15 FTIR a-C：H films…………………………………56 圖5-16 Raman a-C：H films………………………………57

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