臺灣博碩士論文加值系統

摘要
類鑽石薄膜具有良好的機械性質(硬度、強度)，物理性質(熱傳導佳、透光性、低介電常數)及化學性質(耐酸鹼、抗幅射)，所以應用的範圍很廣。另外，在電子工業上，類鑽石薄膜也極具潛力，因為其熱安定性及低工作函數，更將類鑽石膜應用在場發射電子原件上。
本實驗是利用射頻電漿化學氣相沈積法(RFCVD)在矽基材及鍍上不同中間層的基材上成長類鑽石膜，及含硼之類鑽石膜。我們用的氣體是CH4與H2，改變不一樣的參數去成長薄膜，而摻雜硼之類鑽石膜是利用氫氣電漿裂解B(OCH3)3，讓硼擴散進去薄膜裡面，並經由拉曼光譜( Raman- spectrum)、原子力顯微鏡 (AFM)，去分析薄膜的表面型態及結構，再配合I-V電性量測，去探討它的場發射特性。
實驗結果顯示，不一樣的成長參數，對薄膜會有不一樣的影響，發現它與CH4和CH4的濃度比例有高度的相依性；另外，不一樣的中間層對於場發射也會有影響，以Au中間層的場發射效果最好；而摻雜硼進去的薄膜場發射效果也變好了，因為硼使得薄膜導電性變佳，利於電子的傳輸；還有一個因素也會對場發射造成影響，那就是溫度，由實驗可以明顯的看出來，當溫度由室溫降至25K時，場發射效果變差且有效功函數變大。

目錄
致謝
摘要
目錄
圖表目錄
第一章 緒論……………………………………………………………1
1-1 碳的簡介…………………………………………………….1
1-2 鑽石薄膜與類鑽石薄膜…………………………………….1
1-2-1 鑽石薄膜與類鑽石薄膜的比較……………………….1
1-2-2 類鑽石薄膜的應用…………………………………….2
1-3 類鑽石薄膜的場發射應用………………………………….3
1-3-1 場發射的基本理論…………………………………….3
1-3-2 類鑽石薄膜在冷陰極上的應用……………………….6
1-4 研究動機…………………………………………………….7
第二章 實驗方法與步驟…………………………………………….16
2-1 實驗流程……………………………………………………16
2-2 射頻電漿CVD鍍類鑽石薄膜……………………………….17
2-2-1 實驗裝置………………………………………………17
2-2-2 RFCVD的基本原理…………………………………….18
2-2-3 基材的備製與清洗……………………………………20
2-3 成長類鑽石薄膜……………………………………………20
2-3-1 沈積參數………………………………………………20
2-3-2 製造摻雜硼之類鑽石薄膜……………………………21
2-4 薄膜特性分析………………………………………………21
第三章 實驗結果與討論…………………………………………….30
3-1 成長參數對薄膜性質的影響………………………………30
3-1-1 改變CH4與H2的濃度比例…………………………….30
3-1-2 改變偏壓的大小………………………………………30
3-1-3 實驗結果與討論………………………………………31
3-2 中間層對場發射特性的影響………………………………36
3-2-1 不同的中間層…………………………………………36
3-2-2 對金中間層做快速退火………………………………36
3-2-3 實驗結果與討論………………………………………37
3-3 硼摻雜對場發射特性的影響………………………………47
3-3-1 利用B(OCH3)3為硼離子源……………………………47
3-3-1 實驗結果與討論………………………………………47
3-4 溫度對場發射特性的影響…………………………………51
3-4-1 改變溫度………………………………………………51
3-4-2 實驗結果與討論………………………………………51
第四章 綜合討論與未來展望……………………………………….58
4-1 綜合討論……………………………………………………58
4-2 未來展望……………………………………………………59
參考文獻………………………………………………………………60
附錄……………………………………………………………………62

參考文獻
<1>P. L. Walker ,ed. ”Electronic Transport Properties of Graphite , Carbons and Related Materials”,1981
<2>P. W. Bridgman “Synthetic diamonds” , Scient. Am.,193 , pp.42~60(1955)
<3>W. G. Eversole, U. S. Patent No.3,030,188(1962)
<4>J. C. Angus, H. A. Will and W. S. Stanko “Growth of diamond seed crystals by vapor deposition” , J. Appl. Phys., 39, pp.2915.2922(1968)
<5>H. Chen, N. Maffei and R. H. Prince “Study of diamond thin-film growth mechamism in a filament-assisted excimer laser ablation system” , J. Appl. Phys.,76,pp.8113~8116(1994)
<6>Angus, and C. Hayman “Diamond and diamond-like films” , Science 34 ,pp. 153.181
<7>John C. Angus, “Diamond and diamond-like films”, Elsevier Seguoia, pp.126~133
<8>陳培麗,科儀新知,Vol.13,Iss 2, pp.2(1991)
<9>N.Kumar, U. S. Paten, Assigned to Microelectronics and Computer Technology Croporation, No.5,199,918(6 April 1993)
<10>A.Modinos, “Field thermionic and secondaryelectron emission spectro- scopy”, Plenum Press, New York, pp.1~18(1938)
<11>Robert Gomer “Field Emission and Field Ionization”(1961)
<12>N. Kumar, H. Schmidt and C. Xie, :Diamond-base field emission flat panel displays”, Solid State Technology
<13>F. J. Himpsel, J. A. Knapp, and J. A. Van Vechten,”Quantum photoyield on diamond(111)-a stable negative-affinity eimtter”, Phys. Rev. B 20,pp.624~627(1976)
<14>J. L. Vossen, J. Electronchem. Soc.Vol. 126,319(1979)
<15>Y. Catherine and P. Couderc Thin Solid Films Vol. 144, 269(1986)
<16>S. Knight and B. White, J. Mater, Res.2,385(1989)
<17>H. C. Tsai and D. B. Bogy J. Vac. Sci. Technol. A Vol. 5, 3482(1984)
<18>L. H. Robbins, E. E. Farabaugh, A. Feldman “Line-shape analysis of the Raman-spectrum of diamond films grown by hot-filament and microwave-plasma chamical vapor deposition”, J. Mater. Res, 5(11), pp2486~2468(1990)
<19>M. Jelinek, V. Olsan and L. Soukup,”Some properties of carbon films deposited by laser ablation”, diamond and Related Materials, 3,pp.1128~1131(1994)
<20>W. L. Hsu,J. Vac. Sci Technol. A 6,1803(1988)
<21>M. Balooch and D. R.olander. J. Chem. Phys. Rev. B 35,2946(1987)