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http://hdl.handle.net/10773/16722
Título: | Hidrogénio em filmes de diamante crescidos por CVD assistido por plasma |
Autor: | Tang Chunjiu |
Orientador: | Neves, Armando José Trindade das |
Palavras-chave: | Física Filmes de diamante Filmes finos Plasma (física) Deposição química de vapor Hidrogénio |
Data de Defesa: | 2004 |
Editora: | Universidade de Aveiro |
Resumo: | This thesis reports an experimental study of hydrogen incorporation in diamond
films grown using CVD method. CVD diamond is usually grown in an
atmosphere rich of hydrogen which cause hydrogen unavoidably incorporates
in the film as an impurity during deposition. The effects of nucleation and
growth conditions on hydrogen incorporation and the different forms how
hydrogen is present in the film are the main subjects of this work. For this many
diamond films with different thickness and quality were prepared on silicon
substrates using a MPCVD reactor, controlling growth parameters such as
substrate temperature, methane concentration CH4/H2, O2 addition, and
nucleation density, as well as substrate surface pre-treatment. The produced
films were characterised using SEM, Raman, and XRD techniques to access
its morphology and crystalline quality, and the hydrogen incorporation was
analyzed by means of infrared spectroscopy. From this systematic study the
relationship between hydrogen incorporation and film quality and growth
conditions were tentatively established and an overall trend between film
quality and hydrogen incorporation was achieved. In order to investigate where
these hydrogen impurities were incorporated in the CVD diamond films, IR
reflection spectra taken from both the growth surface and substrate side of the
films were performed and compared with the IR absorption spectra. The results
suggest that a large fraction of infrared-active hydrogen is bonded to bulk
diamond, and not at grain boundaries as was previously assumed. The origin
of the two CVD diamond specific IR lines at 2818 cm-1 and 2828 cm-1 was
investigated and a new model was proposed for the defects associated with
these two vibrations.
Great endeavour was made on direct growth of high quality continuous thick
diamond films on mirror polished Si substrates without any additional surface
pre-treatment. Successful results were achieved and the films exhibited
structural properties, like large grains and cylindrical columnar growth, which
show potential for thermal applications.
For some optical measurements and applications, the rough as-grown surface
of a CVD diamond film must be flattened to decrease light scattering or
improve contact. A new elegant polishing technique, which uses thick
polycrystalline CVD diamond films as abrasive against CVD diamond, was
developed. It proves to be simple and time saving compared with traditional
mechanical polishing methods. Esta tese relata um estudo experimental sobre a incorporação de hidrogénio em filmes de diamante crescidos pela técnica de CVD. Os filmes de diamante CVD são geralmente crescidos numa atmosfera rica em hidrogénio, e é pois natural que este elemento se incorpore como impureza no filme durante o processo de deposição. O trabalho descreve os efeitos da nucleação e das condições de crescimento na incorporação de hidrogénio e as diferentes formas como o hidrogénio está presente. Para isso foram crescidos muitos filmes de diamante, com espessuras e qualidade variável, usando um reactor de MPCVD e substratos de silício. Vários parâmetros de crescimento foram controlados, tais como, a temperatura do substrato, a concentração de CH4/H2, a adição de O2, a densidade de nucleação, bem como o pré-tratamento da superfície do substrato. Os filmes assim produzidos foram caracterizados do ponto de vista morfológico e qualidade geral utilizando técnicas Raman, SEM e XRD, e a presença de hidrogénio foi estudada através de espectroscopia óptica na região do infravermelho. O estudo sistemático permitiu estabelecer uma tendência entre os parâmetros de crescimento, a qualidade do filme e a incorporação de hidrogénio nesses mesmos filmes. Para estudar a localização do hidrogénio foram medidos espectros em reflectividade da banda de vibração CH em ambas as faces do filme. Os resultados sugerem que uma grande fracção do hidrogénio activo no infravermelho está disperso no diamante, contrariando a versão antes aceite que ele se encontra nas fronteiras de grão. Investigou-se também a origem de duas linhas a 2818 cm-1 e 2828 cm-1 específicas de filmes de diamante crescidos por CVD, e foram propostos novos modelos para os defeitos associados a estas vibrações. O crescimento de filmes de diamante de alta qualidade directamente sobre a superfície polida de silício, sem pré tratamento inicial, foi realizado com sucesso. Os filmes produzidos exibem propriedades estruturais, como tamanho do grão e crescimento colunar cilíndrico, que podem ser interessantes para aplicações que explorem as propriedades de condução térmica do diamante. Algumas experiências ópticas são muito prejudicadas pela rugosidade da superfície de crescimento dos filmes de diamante, pelo que é necessário alisar esta mesma superfície para diminuir a difusão da luz. Tendo este fim em vista foi desenvolvida uma técnica simples de polimento, usando um outro filme policristalino espesso de diamante como abrasivo. A técnica revelou-se simples e económica em tempo e meios, quando comparada com os métodos tradicionais de polimento. |
Descrição: | Doutoramento em Fisíca |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/16722 |
Aparece nas coleções: | UA - Teses de doutoramento DFis - Teses de doutoramento |
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