结 语

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本文系统研究了化学气相沉积金刚石膜的晶形显露规律、异质形核的机理 与实现以及异质外延的实现,得到了很好很新的结果,尤其是在形核和异质外 延方面,具有国际领先地位。在形核方面,作者通过极低压形核法和电子发射 辅助形核法这两种不同的方法实现了在镜面抛光单晶Si表面的高密度形核,并 通过系统的实验研究检验并推翻了目前国际上为大多数研究人员所采用的负偏 压形核正离子轰击机制,提出了一个新的电子发射增强形核机理,进而对整个 金刚石异质形核现象给出了一个普遍的解释。关于金刚石在Si上的异质外延, 界面处的HRTEM照片表明,金刚石在Si上的异质外延是完全可行的, 不需要 SiC 过渡层, 这一点对于人们在金刚石异质外延方面的努力提供了一定的指导意义; 此外我们观察到了几种不同的外延模式, 说明金刚石在Si上的外延有多种可能, 不同的实验条件可能导致不同的外延结构。

  关于金刚石的晶形显露规律,由于实验参数太多,难以得出一个适合于各 种系统所有参数的规律,同时很多参数难以单独精确地控制,这也是存在各种 相互不一致的报道的原因之一。因此,我们认为,为了进一步更准确全面和细 致地描述晶形显露规律,需要进行各个参数单独变化的大量的实验观察。

  关于金刚石的形核,我们认为在衬底表面产生大量的原子H 以及具有化学 反应活性的各种碳氢集团(主要是CHx 和C2Hy)是实现形核的关键。基于这一观 点,应该可以找到更好的形核方法。负偏压形核法不适合于生长,但是无负偏 压的电子发射形核法既适合于形核又适合于生长。上述形核条件亦是高速生长 的关键,因而可以用电子发射增强法或类似的气体分解活化方法来实现金刚石 的高速高质量生长。

  关于异质外延,我们的实验结果不仅证明了金刚石在Si上直接外延的可行 性,同时也表明存在有不同外延模式之间的相互竞争,一定程度上增加了实现 金刚石单晶外延的难度。这一方面说明不必特意生长 SiC外延过渡层,另一方 面要求人们必须优化形核及生长参数,使得只出现所希望的某种特定的外延模 式, 提高单晶外延的可能性。由于晶格失配导致不同失配角的出现以及金刚石 (100)面或(111)面的晶体学点群对称性, 使得相邻的金刚石晶核之间存在有各 种不同的小角晶界, 使得晶核之间难以合并, 从而构成单晶外延的极大障碍。 幸运的是, 我们在实验中确实观察到了单晶外延的迹象(图5.4),说明实现异质 外延金刚石单晶薄膜的生长是有希望的。

近年来, 金刚石薄膜的研究在飞速发展。目前,人们已经可以生长很好的 马赛克结构的取向金刚石膜。尽管离实现单晶外延仍有相当大的距离,然而相 信这一天终究会来到的�

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