Deposition of diamond films for electronic devices

Abstract

This PhD thesis presents details about the usage of diamond in electronics. It presents a review of the properties of diamond and the mechanisms of its growth using hot filament chemical vapour deposition (HFCVD). Presented in the thesis are the experimental details and discussions that follow from it about the optimization of the deposition technique and the growth of diamond on various electronically relevant substrates. The discussions present an analysis of the parameters typically involved in the HFCVD, particularly the pre-treatment that the substrates receive- namely, the novel nucleation procedure (NNP), as well as growth temperatures and plasma chemistry and how they affect the characteristics of the thus-grown films. Extensive morphological and spectroscopic analysis has been made in order to characterise these films.

Este trabalho discute a utilização de diamante em aplicações electrónicas. É apresentada uma revisão detalhada das propriedades de diamante e dos respectivos mecanismos de crescimento utilizando deposição química a partir da fase vapor com filament quente (hot filament chemical vapour deposition - HFCVD). Os detalhes experimentais relativos à otimização desta técnica tendo em vista o crescimento de diamante em vários substratos com relevância em eletrónica são apresentados e discutidos com detalhe. A discussão inclui a análise dos parâmetros tipicamente envolvidos em HFCVD, em particular do pré-tratamento que o substrato recebe e que é conhecido na literatura como "novel nucleation procedure" (NNP), assim como das temperaturas de crescimento e da química do plasma, bem como a influência de todos estes parâmetros nas características finais dos filmes. A caracterização morfológica dos filmes envolveu técnicas de microscopia e espetroscopia.