Исследование плазмы в СВЧ-реакторах и характеристик получаемых в них алмазных плёнок оптическими методами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

РАДИЩЕВ Дмитрий Борисович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ В СВЧ-РЕАКТОРАХ И ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУЧАЕМЫХ В НИХ АЛМАЗНЫХ ПЛЁНОК ОПТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

01.04.08 - физика плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соисканне ученой степени кандидата физико-математических наук

|1 о ДЕК 2009

Нижний Новгород - 2009

003487508

Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии наук (г. Нижней Новгород).

Научный руководитель

доктор физико-математических наук А. Л. Вихарев (ИПФ РАН)

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук А. В. Костров (ИПФ РАН)

доктор физико-математических наук, профессор Г.А. Марков (ННГУ)

Ведущая организация

Физический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (г. Москва)

Защита состоится 21 декабря 2009 г в_часов на заседании диссертационного совета Д 002.069.02 в Институте прикладной физики РАН (603950 г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики Российской академии наук.

Автореферат разослан « ^ » декабря 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук, профессор

Ю. В. Чугунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Уникальные физические и химические свойства алмаза делают его незаменимым материалом для целого ряда применений. Для получения алмазных плёнок большого диаметра используется технология химического осаждения алмазных плёнок из газовой фазы (СУБ технология), активно исследуемая на протяжении последних десяти лет. Технология заключается в том, что подложка, на которой будет происходить рост алмаза, помещается в атмосферу углеродсодержащего газа, в котором инициируются реакции, приводящие к образованию свободных углеводородных радикалов. Образующиеся радикалы, взаимодействуя с поверхностью подложки, вызывают рост алмазной плёнки. Как правило, результатом такого процесса является поликристаллическая алмазная плёнка, состоящая из множества сросшихся гранями кристаллов алмаза, но возможен также рост монокристаллических слоёв алмаза, при использовании подложки из монокристалла алмаза. Для активации газовой смеси и образования в ней необходимых активных веществ в настоящее время наиболее распространены плазмохи-мические реакторы, использующие различные виды газового разряда, в частности, СВЧ-разряда.

Главным достоинством реакторов на СВЧ-разряде является высокое качество получаемых алмазных плёнок. Использование безэлектродного разряда исключает загрязнение плазмы материалом электродов, а высокая частота используемого излучения позволяет достичь высокого энерговклада в плазму, и, как следствие - высокой концентрации активных частиц и радикалов и относительно высокой скорости роста алмазной плёнки. Именно реакторы на СВЧ разряде применяются для выращивания толстых пластин поликристаллического алмаза, пригодных для использования в качестве выходных окон мощных источников СВЧ-излучения и для доращивания слоёв монокристаллического алмаза на алмазной подложке. Однако реакторы на СВЧ-разряде не лишены недостатков. Типичная скорость роста алмазной плёнки составляет 1-2 мкм/ч (она ограничивается концентрацией активных частиц в плазме и требованиями к качеству алмаза), поэтому для получения пластин толщиной 1-2 мм требуются тысячи часов непрерывной работы реактора. В реакторах резонаторного типа объем создаваемой плазмы ограничен длиной волны СВЧ-излучения, что делает затруднительным использование более высокочастотного излучения с целью увеличения удельного энерговклада в плазму и достижения более высокой скорости роста. Поэтому понимание происходящих в плазме процессов и оптимизация работы реактора с целью повышения скорости роста алмазной плёнки без ухудшения её качества, а также разработка новых видов СВЧ-реакторов, является актуальной задачей.

Цель работы

Целью диссертационной работы является исследование оптическими методами процессов, происходящих в неравновесной плазме СВЧ-разрядов, применяемых для осаждения алмазных пленок из газовой фазы, а также характеристик выращенных таким образом алмазных плёнок. Несмотря на существование целого ряда методов измерения параметров водородной плазмы, практически могут применяться только бесконтактные методы измерения, такие как оптическая спектроскопия. Из всего множества параметров плазмы важными для оптимизации работы плазмохимического СВЧ-реактора являются следующие: кинетическая температура газа в разряде, концентрация атомарного водорода и активных радикалов, а также концентрация электронов.

Целью данной работы являлось также создание диагностического комплекса для измерения различных параметров алмазных плёнок, таких как содержание в плёнках неалмазных примесей и дефектов, теплопроводность и свойства кристаллической структуры алмазной плёнки. Результаты измерения затем использовались для подбора оптимальных режимов работы СВЧ-реактора.

Научная новизна работы

1. В плазмохимическом СВЧ-реакторе для осаждения алмазных плёнок на основе магнетрона работающего на частоте 2,45 ГГц проведены измерения газовой температуры по излучению различных вращательных систем электронных переходов молекулярного водорода, молекулярного азота и радикала С2. В результате сравнительного анализа результатов впервые показано, что в условиях, типичных для плазмохимических СВЧ-реакторов для выращивания алмазных плёнок, оптимальным для определения температуры газа является использование излучения вращательной системы R(2-2) перехода d3nu—»a3Eg+ молекулярного водорода, либо, при наличии достаточного количества метана — перехода ё3П„—>а3Пц радикала С2.

2. Проанализирована применимость различных пар линий Ar/Н и Кг/Н для измерения концентрации атомарного водорода методом актинометрии в условиях, типичных для плазмохимических СВЧ-реакторов для выращивания алмазных плёнок. Впервые показано, что оптимальным для измерения концентрации атомарного водорода в плазмохимических СВЧ реакторах методом актинометрии является использование пары линий Ar (2р9, 811.5 нм, 13.08 эВ) и HY (п = 5,434.0 нм, 13.06 эВ).

3. В плазмохимическом СВЧ-реакторе для осаждения алмазных плёнок на основе магнетрона работающего на частоте 2,45 ГГц в процессе осаждения алмазных плёнок проведены измерения концентрации радикала С2 и одновременное измерение интенсивности излучения перехода d3ng—>а3Пи

радикала С2. Показано, что интенсивность излучения перехода <13П„—>а3Пц радикала С2 в широком диапазоне условий линейно кореллирует с концентрацией радикала С2.

4. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния проведена диагностика внутренних напряжений в толстых (1 мм) поликристаллических алмазных дисках. Показано, что некоторые алмазные диски имеют неравномерное по радиусу распределение внутренних напряжений: внешняя часть диска испытывает сжатие, в то время как внутренняя часть испытывает растяжение. Такое распределение вызвано неравномерностью распределения температуры алмазных дисков в процессе осаждения.

5. Разработан метод для быстрого определения параметра а, характеризующего кристаллическую структуру поликристаллических алмазных плёнок при помощи анализа углового распределения обратного рассеяния света при отражении от граней кристаллов на поверхности плёнки.

Основные положения, выносимые на защиту

1. В условиях, реализуемых в плазмохимических СВЧ-реакторах для выращивания алмазных плёнок, из различных методов измерения газовой температуры по излучению различных вращательных систем электронных переходов молекулярного водорода, молекулярного азота и радикала С2, оптимальным для определения температуры газа (адекватно отражающим её динамику и величину) является использование излучения вращательной системы Щ2-2) перехода с!3Пи—>а3Е.+ молекулярного водорода, либо, при наличии в рабочей газовой смеси достаточного количества метана - перехода с13Пг—>а3Пц димера С2.

2. Для измерения концентрации атомарного водорода в плазмохимических СВЧ-реакторах методом актинометрии оптимальным является использование пары линий Аг (2рд, 811.5 нм, 13.08 эВ) и Н„ атомарного водорода (п=5, 434.0 нм, 13.06 эВ). Эти линии имеют практически равную энергию верхнего уровня и удовлетворяют условиям, при которых метод актинометрии даёт адекватные результаты.

3. Относительная концентрация атомов водорода в плазме СВЧ-разряда, поддерживаемого в плазмохимическом СВЧ-реакторе излучением с частотой 2,45 ГГц, возрастает с ростом давления как в импульсном, так и в непрерывном режимах поддержания СВЧ-разряда. Увеличение скорости роста алмазных плёнок в плазме импульсно-периодического СВЧ-разряда в 1,5—2 раза по сравнению с непрерывным СВЧ-разрядом связано с тем, что импульсно-периодический СВЧ-разряд является более эффективным источником атомарного водорода по сравнению с непрерывным при одинаковых удельных энерговкладах в плазму.

4. Интенсивность излучения перехода радикала С2 в широком диапазоне условий, реализуемых в плазмохимических СВЧ реакторах, линейно кореллирует с концентрацией радикала С2, что позволяет использовать интенсивность излучения данного перехода для определения относительной концентрации радикала С2.

5. Для нового типа плазмохимического СВЧ-реактора, использующего плазму СВЧ-разряда, поддерживаемого в пересекающихся волновых пучках излучением гиротрона с частотой 30 ГГц, в трёхкомпонентной газовой смеси водорода, метана и аргона, при большом процентном содержании аргона (50—75%), температура газа и концентрация электронов слабо зависят от мощности СВЧ-излучения, но испытывают выраженный рост с повышением давления газа. Увеличение содержания аргона в газовой смеси приводит к уменьшению концентрации электронов и, при более высоких мощностях, к снижению температуры газа. Увеличение давления газа приводит к увеличению как температуры газа, так и концентрации электронов, из-за снижения объема плазмы и увеличения удельного поглощения энергии плазмой.

6. Неравномерное распределение внутренних напряжений по радиусу в некоторых толстых (порядка 1 мм) поликристаллических алмазных дисках (внешняя часть диска испытывает сжатие, возможно анизотропное, в то время как внутренняя часть испытывает растяжение), измеренное методом спектроскопии комбинационного рассеяния, вызвано неравномерностью распределения температуры алмазных дисков в процессе осаждения.

Практическая и научная ценность

Выбраны и обоснованы удобные для практического применения методики измерения параметров плазмы в условиях, характерных для СВЧ-реакторов для осаждения алмазных плёнок. Так, для измерения газовой кинетической температуры были выбраны системы спектральных линий водорода и радикала С2, использование которых позволяет получить значение газовой температуры с достаточной точностью, а для определения концентрации атомарного водорода методом актинометрии обосновано использование пары линий Аг (811.5 нм) и Н„ атомарного водорода (434.0 нм). Измерения, проведенные при помощи выбранных методик, способствовали пониманию процессов, происходящих в реакторе, и помогли при выборе оптимальных режимов работы реактора с целью увеличения скорости роста алмазных плёнок без снижения качества.

Измерения газовой температуры, степени диссоциации водорода, концентраций активных радикалов и концентрации электронов, проведенные как в установке на магнетроне с частотой 2.45 ГГц, в импульсном и непрерывном режимах, так и в установке, использующей реактор нового типа на частоте 30 ГГц, позволили получить подтверждения преимуществ им-

пульсно-периодического режима работы реактора перед непрерывным, а также выбрать оптимальный режим реактора (состав газовой смеси, давление, мощность) с целью получения высококачественных алмазных плёнок с высокой скоростью роста.

Измерения методом спектроскопии комбинационного рассеяния таких характеристик алмазных плёнок как соотношение концентраций алмазной и графитовой фазы, концентрация азотных примесей, распределение внутренних напряжений, а также измерения теплопроводности и свойств кристаллической структуры алмазных плёнок позволили оптимизировать параметры работы СВЧ-реакторов для осаждения алмазных плёнок и получать в результате осаждения плёнки с контролируемыми свойствами.

Апробация работы

Описанные в диссертации научные результаты докладывались на: семинарах ИПФ РАН; международных конференциях по алмазам и алмазопо-добным пленкам «Diamond and Related Materials» в 2002, 2005 и 2007 годах; на международных конференциях «Microwave Discharge: Fundamentals and Applications» в 2003 и 2006 годах; на международных конференциях «International Conference on Phenomena in Ionized Gases» в 1999,2003 и 2007 годах; на международных совещаниях «Strong Microwaves in Plasmas» в 2002 и 2005 годах; на Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии в 2002 году. В общей сложности по теме диссертации опубликованы 8 статей в ведущих российских и зарубежных научных журналах, 16 докладов в трудах отечественных и международных конференций, издано 2 препринта.

Основу диссертации составили работы [1А—27А], посвященные экспериментальному исследованию процессов, происходящих в неравновесной плазме СВЧ-разрядов, применяемых для осаждения алмазных плёнок, а также характеристик выращенных таким образом алмазных дисков. Эти работы содержат материалы исследований, выполненных в ИПФ РАН в рамках инициативных и ответственных тем, международных грантов и грантов РФФИ. Автор являлся непосредственным участником проводимых исследований. Опубликованные работы написаны в соавторстве с сотрудниками, принимавшими участие в выполнении грантов. Автором внесен определяющий вклад в постановку, проведение и анализ представленных в работах [4А, 6А, 8А, 9А, 11 А, 12А, 14А, 17А, 25А] экспериментов. В работах [1А, 2А, 10А, 13А, 18А, 19А, 20А, 23А, 24А, 26А] автору принадлежит основная часть проведенных измерений и их интерпретации. В работах [ЗА, 5А, 7А, 15А, 16А, 21 А, 22А] вклад всех соавторов равноценен.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объём диссертации составляет 148 страниц, включая 61 рисунок. Список литературы содержит 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1 содержит краткий обзор состояния CVD технологии в настоящий момент.

В разделе 1.1 приведен обзор видов плазмохимических реакторов на основе СВЧ-разряда. Приведены описания реакторов с горячей нитью, с использованием «плазменного факела», с емкостным радиочастотным разрядом и с резонаторным СВЧ-разрядом [1]. Для реакторов на основе СВЧ-разряда: описаны реактор ASTEX с цилиндрическим резонатором, реактор с цилиндрическим резонатором, разработанный в Мичиганском университете, реактор AIXTRON на сверхразмерном резонаторе, реактор на поверхностной волне и реактор на основе квазиоптических СВЧ-пучков (ИПФ РАН) [1], [2].

В разделе 1.2 приведен обзор работ по измерению различных параметров плазмы в СВЧ-реакторах, таких как газовая кинетическая температура, концентрации активных радикалов и концентрация электронов. Из бесконтактных методов измерения температуры газа, практически сводящимся к различным спектроскопическим методам, рассмотрены такие методы определения газовой температуры, как измерение распределения скорости движения нейтральных молекул газа по Доплеровскому уширению различных спектральных линий, а также анализ спектров излучения или поглощения переходов между вращательными подуровнями различных электронно-колебательных уровней двухатомных молекул, таких как молекулярный водород [3, 4], молекулярный азот или содержащийся в углеводородной плазме радикал С2 [5, 6]. Рассмотрена применимость различных методов определения газовой температуры.

Для анализа концентраций активных радикалов, рассмотрены контактные и бесконтактные (спектроскопические) методы исследования. Из бесконтактных методов рассмотрены такие методы, как инфракрасная спектроскопия поглощения с использованием перестраиваемых лазерных диодов, лазерная флюоресценция (laser induced fluorescence, LIF), спектроскопия поглощения и актинометрия [7, 8].

Глава 2 посвящена исследованию параметров плазмы СВЧ-разряда, поддерживаемого излучением магнетрона на частоте 2.45 ГГц. В ходе исследований были проведены измерения параметров плазмы СВЧ-разряда (температуры газа, степени диссоциации водорода и концентрации радикала С2), создаваемой в этом реакторе.

Раздел 2.1 посвящен описанию экспериментальной установки, приведено подробное описание собственно установки, СВЧ-реактора на основе объемного резонатора и системы оптической регистрации спектров излучения и поглощения плазмы СВЧ-разряда.

В разделе 2.2 описаны применяемые в работе методы измерения параметров плазмы СВЧ-разряда и приведены результаты измерения различных параметров плазмы. Рассмотрен метод определения температуры при помощи анализа распределения интенсивностей излучения с вращательных подуровней различных колебательных уровней электронно-возбужденных состояний молекулярного водорода для перехода d3n„—>a3Zg+, ветвей Р(0-0), Р(2-2), Q(0-0), R(0-0), R(2-2), а также R-ветви перехода G12g+-^B12U+. Рассмотрена вращательная структура перехода d3ng—>а3Пи радикала С2, а также перехода С3Пи—>В3П„, полос (0-0), (0-2) и (1-3) молекулярного азота.

Параграф 2.2.1 посвящён экспериментальному сравнению различных методов измерения газовой температуры, таких как измерение по излучению вращательной структуры молекулярного водорода, по вращательной структуре перехода d3ng—>а3Пц радикала С2, а также по неразрешенной вращательной структуре излучения молекулярного азота. Приведено описание эксперимента, методики обработки экспериментальных данных, результаты измерений, произведено сопоставление результатов. В результате сопоставительного анализа показано, что в условиях, типичных для плаз-мохимических СВЧ реакторов для выращивания алмазных плёнок, оптимальным для определения температуры является использование излучения вращательной системы R(2-2) перехода d3nu—>a3Xg+ молекулярного водорода, либо, при наличии достаточного количества метана - перехода

d3ITg—>а3П„ радикала С2.

В параграфе 2.2.2 полученные ранее результаты использовались для измерения газовой кинетической температуры в непрерывном и импульсно-периодическом режимах работы СВЧ-реактора при средней СВЧ-мощности 1.5 кВт, частоты повторения импульсов -100 Гц, скважности 2. Как видно из рис.1, максимальная температура за период в импульсно-периодическом режиме оказалась заметно выше, чем в непрерывном, при этом температура слабо зависит от давления при давлениях выше 50 Topp.

Г, К

2500- 2 .о----

2000- О ' / •-------- 1

1500- /

1000-

500-

о Н—I—I—I—|—1—|—■—|—1—|

О 20 40 60 80 100 р, Топ-

Рис. 1. Зависимость температуры газа от давления газовой смеси в непрерывном (1) и импульсном (2) режимах. В импульсном режиме показана максимальная температура за период

Параграф 2.2.3 посвящён измерению концентрации атомарного водорода. Описана методика измерения при помощи добавления в газовую смесь газа-«актинометра» [7]. Рассмотрены возможности использования для актинометрии различных пар линий аргона и атомарного водорода. Обоснован выбор линий для актинометрических измерений. Показано, что оптимальным для измерения концентрации атомарного водорода в плазмохими-ческих СВЧ-реакторах методом актинометрии является использование пары линий Аг (2р9, 811.5 нм, 13.08 эВ) и Н„ (п=5, 434.0 нм, 13.06 эВ). Эти

линии, как видно из рис. 2, имеют практически равную энергию верхнего уровня и удовлетворяют условиям, при которых метод актинометрии даёт адекватные результаты. Приведены данные по концентрации атомарного водорода для различных экспериментальных условий.

Параграф 2.2.4 посвящён исследованию концентрации активных радикалов (атомарного водорода, радикалов СН и С2) в плазме в импульсном режиме работы СВЧ-реактора на протяжении всего периода следования импульсов при помощи техники двойного импульса [9]. Показано, что в условиях эксперимента, для частоты следования импульсов 250 Гц концентрация Н промодулирована приблизительно в 2.5 раза по амплитуде, в промежутке между импульсами сохраняется вполне заметная концентрация атомарного водорода и активных радикалов. Снижение концентрации атомарного водорода происходит по закону, близкому к экспоненциальному, с характерным временем около 2.5 мс. Отношения интенсивностей светимо-стей радикалов СН и С2 к светимости линии Ну атомарного водорода также промодулированы по амплитуде, но глубина модуляции существенно больше, чем для атомарного водорода.

В параграфе 2.2.5 описаны эксперименты по измерению концентрации радикала С2 при помощи широкополосной спектроскопии поглощения. Приведено описание методики и полученные результаты измерения концентрации Сг, сопоставленные с интенсивностью излучения радикала Сг-Показано, что в наших условиях интенсивность излучения С2 с достаточной точностью пропорциональна концентрации радикала С2.

Глава 3 посвящена исследованию параметров плазмы СВЧ-разряда, поддерживаемого излучением гиротрона на частоте 30 ГГц.

Е, eV 13"

1211 -

Аг 2р,

2р„

Н

-п=5 -п=4

•п=3

На Нр Ну

Кг

СОу

Рис. 2. Структура уровней атомарного водорода, аргона и криптона.

-2р, ~2рю

В разделе 3.1 приведено описание экспериментальной установки для осаждения алмазной плёнки, использующей для создания плазмы пересекающиеся пучки СВЧ-излучения с частотой 30 ГГц, а также описание системы оптической регистрации спектров излучения плазмы.

Тд. К

360035003400 330032003100

50% Аг | 67% Аг 75% Аг

X X

Ые, 1013ст-' 1.61.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1

0.9 0.8

50% Аг 67% Аг 75% Аг

X К

р.Ш а

р, к\Л/ б

Рис. 3. Зависимость температуры газа (а) и концентрации электронов (б) от падающей мощности СВЧ-излучения при трёх.различных концентрациях аргона:

50%, 65% и 70%

Тд, К

3400330032003100

—I—

300

Ые, 10"спг3 1.71,6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1

400

Р, Тогг а

300 Р, Тогг

б

Рис. 4. Зависимость температуры газа (а) и концентрации электронов (б) от давления при падающей мощности СВЧ-излучения 8кВт

В разделе 3.2 приведены результаты экспериментов по измерению различных параметров плазмы методом оптической спектроскопии излучения. Так, в параграфе 3.2.1 описано измерение газовой кинетической температуры по излучению вращательной структуры радикала С2 и приведены результаты измерений, а в параграфе 3.2.2 — данные, полученные в параграфе 3.2.1, использованы при измерении концентрации электронов по уширению линий излучения атомарного водорода в плазме. Профили Штарковского уширения Балмеровской серии линий излучения атомарного водорода были взяты из статьи [10]. В параграфе 3.2.3 приведено описание эксперимента и обобщены полученные экспериментальные данные. Результаты измерений

БЫЛ, ст"1 1333 -1

1332.4 ■

1332.2 •

о О,

о- "о о О о О

о о

00

показаны на рис. 3 и 4. Можно видеть, что концентрация электронов не зависит от падающей СВЧ мощности, скорее всего в связи с тем, что при увеличении мощности объем плазмы увеличивается, сохраняя неизменным удельный энерговклад. Также можно видеть снижение концентрации электронов при увеличении процента аргона в смеси. Как температура газа, так и электронная концентрация сильно зависят от давления, и растут с ростом давления. Поскольку видимый объем плазмы уменьшается с ростом давления, эффект скорее всего связан с ростом удельного энерговклада в плазму при увеличении давления.

Глава 4 посвящена исследованию различными методами свойств алмазных плёнок и пластин, полученных в плазмохимических СВЧ реакторах для осаждения алмазных плёнок.

Раздел 4.1 посвящен исследованию свойств алмазных плёнок методом спектроскопии комбинационного рассеяния. В параграфе 4.1.1 приведен обзор литературы и описаны спектры рассеяния на различных компонентах алмазных плёнок. В параграфе 4.1.2 приведено описание стенда для измерения спектров комбинационного рассеяния. В параграфе 4.1.3 проведены измерения содержания графита и неалмазных компонент в поликристаллических алмазных плёнках, выращенных при различных условиях. В параграфе 4.1.4 метод спектроскопии комбинационного рассеяния использован для исследования внутренних напряжений в поликристаллических алмазных дисках, выращенных по СУБ технологии. Пример радиального распределения смещения алмазного пика, связанного с внутренними напряжениями в алмазном диске, показан на рис. 5.

В разделе 4.2 описаны измерения теплопроводности алмазных дисков. В параграфе 4.2.1 приведен обзор методов измерения теплопроводности («тепловая волна», импульсный нагрев, стационарные методы). В параграфе 4.2.2 приведено описание стенда для измерения теплопроводности алмазных дисков, а в параграфе 4.2.3 — используемой методики измерения теплопроводности и обработки результатов. В параграфе 4.2.4 приведены результаты измерения теплопроводности для различных поликристаллических алмазных дисков, выращенных по С\Т> технологии.

-30 -20 -10 О 10 20 30 г тг

Рис. 5. Распределение по радиусу смещения алмазного пика в спектрах комбинационного рассеяния, полученных с поликристаллического алмазного диска диаметром 75 мм и толщиной 1,0 мм.

Раздел 4.3 посвящён исследованию кристаллической структуры алмазных плёнок, используя измерение диаграммы направленности при обратном рассеянии видимого света при отражении его от поверхности поликристаллической алмазной плёнки. В экспериментах определялось значение параметра а, вводимого как а=4Ъ-\«»/v,,, , где vooo и vm - скорости роста в направлении плоскостей {000} и {111} соответственно. Примеры результатов для двух различных значений параметра от показаны на рис. 6.

I, ал. 03-02-06-30GHz-take2-0l Alpha = 2.90

Рис. 6. Примеры микрофотографий поверхности диска и диаграмм направленности обратного рассеяния света для двух различных а. а - а = 1.85, б-а= 2.90.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Основные результаты диссертационной работы

1. В плазмохимическом СВЧ-реакторе для осаждения алмазных плёнок на основе 2.45 ГГц магнетрона произведены измерения газовой температуры по излучению различных вращательных систем электронных переходов молекулярного водорода, молекулярного азота и радикала С2 при различных параметрах работы реактора. Произведен сравнительный анализ полученных результатов измерений. В результате анализа показано, что в условиях, типичных для плазмохимических СВЧ-реакторов для выращивания алмазных плёнок, оптимальным для определения температуры является использование излучения вращательной системы 11(2-2) перехода

d3nu—»a3Z„+ молекулярного водорода, либо, при наличии достаточного количества метана - перехода d3n„—>а3Пи радикала С2.

2. Проанализирована применимость различных пар линий Аг/Н и Kr/Н для измерения концентрации атомарного водорода методом актинометрии в условиях, типичных для плазмохимических СВЧ-реакторов для выращивания алмазных плёнок. Проведены эксперименты по измерению концентрации атомарного водорода в плазме СВЧ-реактора. Показано, что оптимальным для измерения концентрации атомарного водорода в плазмохимических СВЧ-реакторах методом актинометрии является использование пары линий Ar (2р9, 811.5 нм, 13.08 эВ) и Hg (п=5, 434.0 нм, 13.06 эВ). Эти линии имеют практически равную энергию верхнего уровня и удовлетворяют условиям, при которых метод актинометрии даёт адекватные результаты.

3. Проведены измерения концентрации атомарного водорода в плазме СВЧ-реактора в импульсном и непрерывном режимах работы при различных давлениях и СВЧ мощности. Относительная концентрация атомов водорода в плазме СВЧ-разряда, поддерживаемого в плазмохимическом СВЧ-реакторе излучением с частотой 2,45 ГГц, возрастает с ростом давления как в импульсном, так и в непрерывном режимах поддержания СВЧ-разряда. Увеличение скорости роста алмазных плёнок в плазме импульсно-периодического СВЧ-разряда в 1,5—2 раза по сравнению с непрерывным СВЧ-разрядом связано с тем, что импульсно-периодический СВЧ-разряд является более эффективным источником атомарного водорода по сравнению с непрерывным при одинаковых удельных энерговкладах в плазму.

4. С использованием техники двойного импульса в импульсном режиме работы СВЧ-реактора проводилась измерение временной модуляции концентраций радикалов СН и С2. Показано, что концентрации исследуемых радикалов промодулированы по амплитуде, при этом глубина модуляции существенно больше, чем у атомарного водорода. Поскольку радикалы СН и С2 рождаются в газовой фазе в основном в реакциях с участием Н, можно предположить, что модуляция концентрации Н ведет к модуляции углеродосодержащих радикалов. В промежутке между импульсами сохраняется заметная концентрация атомарного водорода и активных радикалов. Снижение концентрации атомарного водорода происходит по закону, близкому к экспоненциальному, с характерным временем около 2.5 мс.

5. В плазмохимическом СВЧ-реакторе для осаждения алмазных плёнок на основе 2.45 ГГц магнетрона в процессе осаждения алмазных плёнок проведены измерения концентрации радикала С2 методом широкополосной спектроскопии поглощения, и одновременное измерение интенсивности излучения перехода d3n„—»аэП„ радикала С2. Подтверждено наличие линейной связи между интенсивностью излучения перехода d3ng—>а3Пи и концентрацией радикала С2, что позволяет использовать интенсивность

данного перехода для определения относительной концентрации радикала С2.

6. В установке для синтеза алмазных плёнок, использующей плазму СВЧ разряда, возбуждаемую в пересекающихся пучках излучением гиро-трона с частотой 30 ГГц, проведены измерения газовой температуры и концентрации электронов. Измерения проводились в смеси водорода, метана и аргона, при измерениях варьировалось процентное содержание аргона, давление и мощность СВЧ-излучения. Показано, что при большом процентном содержании аргона температура газа и концентрация электронов слабо зависят от мощности СВЧ-излучения, но испытывают выраженный рост с повышением давления. Определены оптимальные соотношения АГ/СН4/Н2 при котором реализуется режим высокоскоростного осаждения алмазных плёнок высокого качества.

7. На основе непрерывного аргонового лазера и спектрографа НопЬа 1У РНИ-ЮОО с линейкой ПЗС .ГоЫп Ууоп создана установка для анализа алмазных материалов при помощи спектроскопии комбинационного рассеяния. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния проведены диагностика внутренних напряжений в толстых (1 мм) поликристаллических алмазных дисках. Показано, что алмазный диск имеет неравномерное по радиусу распределение внутренних напряжений: внешняя часть диска испытывает некоторое сжатие, в то время как внутренняя часть испытывает растяжение. Такое распределение вызвано неравномерностью распределения температуры в процессе осаждения алмазного диска.

8. Проанализированы различные методы измерения теплопроводности. Создана установка для измерения теплопроводности методом стационарного распределения температуры. Проведены измерения теплопроводности для нескольких образцов поликристаллического СУБ алмаза, полученные значения теплопроводности всего на 15—25 % ниже, чем теплопроводность природного алмаза типа На (23.0 Вт/см-К при 300 К). Полученные результаты свидетельствуют о том, что теплопроводность СУБ алмаза достаточна для ряда применений, таких как использование в качестве выходных окон мощных источников СВЧ-излучения или в качестве теплоотводов для мощных электронных устройств.

9. Разработан метод для быстрого определения параметра а, характеризующего кристаллическую структуру поликристаллических алмазных плёнок при помощи анализа углового распределения обратного рассеяния света при отражении от граней кристаллов на поверхности плёнки.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1А. Akhmedzhanov R.A., Vikharev A.L., Gorbachev A.M. Koldanov V.A., Radishchev D.B., Studies of pulsed operation regime of microwave plasma CVD reactor // Diamond and Related Materials, (2002), т.11, c.579-583

2A. Vikharev A.L., Gorbachev A.M, Koldanov V.A., Akhmedzhanov R.A., Radishchev D.B., Grotjohn T.A., Zuo S., Asmussen J., "Comparison of pulsed and CW regimes of MPACVD reactor operation" // Diamond and Related Materials, (2003), т. 12, c.272-276

ЗА. Колданов В.А., Горбачев A.M., Вихарев A.JI., Радищев Д.Б., "Самосогласованное моделирование импульсного и непрерывного СВЧ-разрядов в водороде" // Физика Плазмы, (2005), т.31, N.10, с.1038-1050

4А. Горбачев A.M., Вихарев A.JL, Радищев Д.Б., "Исследования импульсного и непрерывного СВЧ разрядов, применяемых в технологии получения алмазных пленок" // Физика Плазмы, (2005), т.31, N.4, с.376-384

5А. Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Kozlov A.V., Koldanov V.A., Litvak A.G., Ovechkin N.M., Radishev D.B., Bykov Yu.V., Caplan M., "Diamond films grown by millimeter wave plasma-assisted CVD reactor" // Diamond and Related Materials, (2006), T.15, c.502-507

6A. Вихарев A.JI., Горбачев A.M., Мучников А.Б., Радищев Д.Б., "Исследование газофазного синтеза поли- и монокристаллических алмазных пленок в плазме СВЧ разряда" // Известия ВУЗов. Радиофизика, (2007), т.50, N.10-11, с.1009-1020

7А. Горбачев A.M., Мучников А.Б., Вихарев А.Л., Радищев Д.Б., Колданов В.А., "Плазмохимические процессы с участием углеродосодержащих соединений в непрерывном СВЧ разряде" // Физика Плазмы, (2007), т.ЗЗ, N.10, с.948-957

8А. Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Kozlov A.V., Radishev D.B., Muchnikov А.В., "Macrocrystalline diamond growth in presence of argon in millimeter wave plasmaassisted CVD reactor" // Diamond and Related Materials, (2008), т.17, вып.7-10, c.1055-1061

9A. Радищев Д.Б., Вихарев А.Л., Горбачев A.M., "Измерение температуры газа в углеводородной плазме СВЧ-разряда" // препринт №758, Российская академия наук, Институт прикладной физики, Нижний Новгород, (2008)

10А.Вихарев A.JI., Горбачев A.M., Мучников А.Б., Радищев Д.Б., "Исследование газофазного синтеза поли- и монокристаллических плёнок в плазме СВЧ разряда" И препринт №739, Российская академия наук, Институт прикладной физики, Нижний Новгород, (2007)

11 A.Radishev D.B., "Investigation of plasmachemical reactions during diamond film growth by chemical vapour deposition" // Proceedings of II Nizhny Novgorod Session of Young Scientists, Nizhny Novgorod, Russia, April 21-25, (1997), c.23

12A. Akhmedzhanov R.A., Vikharev A.L., Gorbachev A.M, Radishchev D.B, "Measuring hydrogen plasma parameters in pulsed microwave discharge by optical emission spectroscopy" // Proceedings of IVth international workshop "Strong microwaves in plasmas", Nizhny Novgorod, Russia, (2002), т.1, c.341

13A.Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Koldanov V.A., Radishev D.B., "Microwave plasma-assisted CVD diamond film deposition in pulsed and CW regimes" // Proceedings of V-th international workshop "Strong microwaves in plasmas", Nizhny Novgorod, Russia, (2003), T.2, c.693

14A.Akhmedzhanov R.A., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Koldanov V.A., Rad-ishev D.B. // Optica] emission diagnostics of microwavc plasma in a CVD reactor, Proceedings of V-th international workshop "Strong microwaves in plasmas", Nizhny Novgorod, Russia, (2003), т.2, c.700

15A.Koldanov V.A., Gorbachev A.M, Vikharev A.L, Radishchev D.B., Comparison of result of 2D modeling of MPACVD reactor with experimental data // V-th International Workshop "Microwave discharge: fundamentals and applications", INP Greifswald, Germany (2003), c. 129-133

16A .Vikharev A.L, Gorbachev A.M, Koldanov V.A., Radishchev D.B., Grotjohn T.A., Zuo S., Asmussen J., MPACVD diamond film deposition in Pulsed and CW Regimes // V-th International Workshop "Microwave discharge: fundamentals and applications", INP Greifswald, Germany (2003), c.264-268

17A.Akhmedzhanov R.A., Vikharev A.L, Gorbachev A.M., Koldanov V.A., Radishev D.B., Optical emission diagnostic of microwave plasma in CVD reactor// Proceedings of 26-th Intern. Conf on Phenomena in Ionized Gases, Greifswald, Germany, (2003), т.1, с. 155—156

18A.Горбачев A.M., Мучников А.Б., Вихарев А.Л.,¡Радищев Д.Б., Колданов В.А., Плазмохимические процессы в непрерывном СВЧ разряде с участием углеродосо-держащих соединений // Сборник трудов IV международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии, (2005), т.1, с.217

19А.Koldanov V.A., Vikharev A.L, Gorbachev A.M., Muchnikov A.B., Radishev D.B., Diamond films growth in pulsed MPACVD reactor // Proceedings of the 6th International Workshop "Microwave discharges: fundamentals and applications", Ed. Yu. A. Lebedev, (2006)

20A.Gorbachev A.M., Muchnikov А.В., Vikharev A.L, Radishev D.B., Koldanov V.A-, Hydrocarbon kinetics during CVD diamond growth // Proceedings of the 6th International Workshop "Microwave discharges: fundamentals and applications", Ed. Yu. A. Lebedev, (2006)

21 A.Vikharev A.L, Gorbachev A.M., Kozlov A.V., Koldanov V.A., Litvak A.G., Ovechkin N.M., Bykov Yu. V., Denisov G.G., Parshin V.V., Radishev D.B., Development of MPACVD technology for high-rate diamond production // Proceedings of the 6th International Workshop "Strong microwaves in plasmas." Ed. A.G. Litvak, Nizhny Novgorod,

(2006), c.613-625

llk.Gorbachev A.M., Muchnikov A.B., Vikharev A.L., Radishev D.B., Koldanov V.A., Hydrocarbon plasma chemistry in CW microwave discharge // Proceedings of the 6th International Workshop "Strong microwaves in plasmas." Ed. A.G. Litvak, Nizhny Novgorod, (2006), c.762-766

2Ъ A. Koldanov V.A., Vikharev A.L, Gorbachev A.M., Muchnikov A.B., Radishev D.B., Possibilities of the pulsed-periodical regime of diamond films deposition in MPACVD reactor // Proceedings of the 6th International Workshop "Strong microwaves in plasmas." Ed. A.G. Litvak, Nizhny Novgorod, (2006), c.767-772

24A.Вихарев A.Jl., Горбачев A.M., Мучников А.Б., Радищев Д.Б., Исследование осаждения тонких монокристаллических алмазных пленок в плазме СВЧ разряда // Материалы XIII Международной научно-технической конференции "Высокие технологии в промышленности России" (Материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники) и XX Международного симпозиума "Тонкие пленки в электронике", Ред. А.Ф. Белянин, Ю.В. Панфилов, М.И. Самойлович, Москва,

(2007), с.374

25А.Vikharev A.L, Gorbachev A.M., Radishev D.B., Kozlov A.V., Gas temperature measurements in a 30GHz gyrotron-based CVD reactor // proceedings of the 28th conference "International Conference on Phenomena in Ionized Gases", Прага, Чехия, (2007), с. 1653-1656

26\.Вихарев А.Л., Горбачев A.M., Мучников А.Б., Радищев Д.Б., Колданов В.А., Исследование динамики радикалов в импульсном СВЧ разряде в смеси Н2+СН4 // Труды Всероссийской конференции no физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2007, Петрозаводск, (2007)

27 А. Научно-технический отчёт о научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе "Разработка технологий плазмохимического синтеза нано-и поликристаллических алмазных пленок и пластин большой площади", Шифр 2007-3-2.3-25-05-001 // ИПФ РАН, Нижний Новгород, (2008), глава 2, Инв. номер 02.200 951541

Литература

1. Grotjohn Т. A., Asmussen J., Microwave plasma-assisted diamond film deposition // Diamond Films Handbook, Ed. by J. Asmussen and D. K. Reinhard, Marcel Dekker, New York, (2001), c.211

2. Paul W. May, Diamond films: a 21st century material // Phil. Trans. R. Soc. Lond. А (2000)т.358, c.473-495

3. Gicquel A., Hassouni K., Breton Y., Chenevier M., Cubertafon J.C., Gas temperature measurements by laser spectroscopic techniques and by optical emission spectroscopy // Diamond and related materials, (1996), т.5, c.366-372

4. Gritsinin S.I., Kossyi I.A., Malykh N.I., Ralchenko V.G., Sergeichev K.F., Silakov V.P., Sychev 1.А., Tarasova N.M., Chebotarev A. V., Determination of the gas temperature in high-pressure microwave discharge in hydrogen // J. Phys. D: Appl. Phys,. (1998), T.31, c.2942-2949

5. Xavier Duten, Antonie Rousseau, Alix Gicquel, Philippe Leprince, Rotational temperature measurements of excited and ground states of C2 (d3ng—>а3П„) transitions in a H2 / CH4 915 MHz microwave discharge // J. Appl. Phys, (1999), т.86, N.9, c.5299-5301

6. Lombardi G., Benedic F., Mohasseb F., Hassouni K., Gicquel A., Determination of gas temperature and C2 absolute density in Ar/H2/CH4 microwave discharges used for nanocrystalline diamond deposition from the C2 Mulliken system // Plasma Sources Sci Technol., (2004), т. 13, c.375-386

7. Coburn J.W., Chen M. II J. Appl. Phys., (1980), т.51, c.3134

8. Gicquel A., Chenevier M., Hassouni Kh., Tserepi A., Dubus M., Validation of ac-tinometry for estimating relative hydrogen atom densities and electron energy evolution in plasma assisted diamond deposition reactors II Journal of Applied Physics, (1998), т.83, N.12, с.7504-7521

9. Buxapee A.Jl., Иванов O.A., Степанов A.H., Применение коротких ионизирующих СВЧ импульсов для изучения распада плазмы II Журнал технической физики, (1984), т.54, N.8, с.1617-1619

10.Gigosos И.А., Gonzalez М.А., Cardenoso V., Computer simulated Balmer-alpha, -beta and -gamma Stark line profiles for non equilibrium plasmas diagnostics // Spectro-chimica Acta Part B, 58 (2003), c.1489-1504

Дмитрий Борисович Радищев

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ В СВЧ-РЕАКТОРАХ И ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУЧАЕМЫХ В НИХ АЛМАЗНЫХ ПЛЁНОК ОПТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Автореферат

Подписано к печати 12.11.09 Формат 60x90 '/|б. Бумага офсетная № 1. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 106(2009)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950 Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

ВВЕДЕНИЕ

Положения, выносимые на защиту

1. Плазмохимические реакторы для осаждения алмазных плёнок

1.1. Плазмохимические реакторы на основе СВЧ разряда.

1.2. Обзор работ по измерению параметров плазмы в СВЧ реакторах

1.2.1. Газовая кинетическая температура.

1.2.2. Концентрации активных радикалов.

1.2.3. Концентрация электронов

2. Исследование параметров плазмы СВЧ разряда, поддерживаемого излучением магнетрона на частоте 2,45 ГГц

2.1. Экспериментальная установка.

2.1.1. Описание СВЧ реактора на основе объемного резонатора

2.1.2. Система оптической регистрации спектров излучения и поглощения плазмы СВЧ разряда.

2.2. Измерение параметров плазмы и концентрации активных радикалов . 34 2.2.1. Измерение газовой кинетической температуры. 2.2.1.1.Вращательная структура-молекулярного водорода 37—

2.2.1.2. Вращательная структура радикала С2.

2.2.1.3. Вращательная структура молекулярного азота . 47 2.2.1.4Особенности интерпретации спектральных данных . т—

2.2.1.5. Результаты измерений.

2.2.1.6. Сопоставление результатов.

2.2.2. Результаты измерения газовой кинетической температуры в различных режимах работы СВЧ реактора.

2.2.3. Измерение концентрации атомарного водорода в плазме

2.2.3.1. Актинометрический метод.

2.2.3.2. Выбор и обоснование используемых для актинометрии пар линий.

2.2.3.3. Результаты измерений.

2.2.4. Техника «двойного импульса»

2.2.5. Измерение концентрации активных радикалов в плазме.

2.2.5.1. Спектроскопия поглощения радикала С2.

2.2.5.2. Результаты измерений.

2.2.5.3. Обсуждение результатов.

3. Исследование параметров плазмы СВЧ разряда, поддерживаемого излучением гиротрона на частоте 30 ГГц

3.1. Описание экспериментальной установки.

3.1.1. Описание СВЧ реактора на основе разряда, создаваемого в пересекающихся волновых пучках.

3.1.2. Система оптической регистрации спектров излучения плазмы

3.2. Измерение параметров плазмы.

3.2.1. Газовая кинетическая температура, измерение по вращательной структуре С

3.2.2. Измерение концентрации электронов.

3.2.2.1. Уширение линий излучения атомарного водорода в плазме .,.

3.2.2.2. Методика обработки спектральных данных.

3.2.3. Результаты измерений.

4.^Исслёдбванйе свойств алмазных плёнок и пластин 99 4.1. Спектроскопия комбинационного рассеяния.

4.1.1. Спектры рассеяния на различных компонентах алмазных плёнок

4.1.2. Стенд для измерения спектра комбинационного рассеяния . . 103 4.1 3. Результаты измерений содержания графита и неалмазных компонент в алмазных плёнках.

4.1.4. Результаты исследований внутренних напряжений в алмазных дисках по спектрам комбинационного рассеяния.

4.2. Измерение теплопроводности алмазных дисков.

4.2.1. Обзор методов измерения теплопроводности

4.2.1.1. Методы, использующие «тепловую волну».

4.2.1.2. Методы импульсного нагрева.

4.2.1.3. Стационарные методы измерения теплопроводности

4.2.2. Установка для измерения теплопроводности.

4.2.3. Методика проведения измерений и обработки результатов

4.2.4. Результаты измерений.

4.3. Кристаллическая структура поверхности

4.3.1. Анализ текстуры и морфологии плёнок по обратному рассеянию света.

Настоящая диссертация посвящена исследованию свойств неравновесной плазмы, создаваемой при помощи СВЧ разрядов и применяющейся для осаждения алмазных пленок, а также исследованию свойств получаемых этим методом алмазных плёнок.

Технология химического осаждения алмазных плёнок из газовой фазы (CVD технология) активно исследуется на протяжении последних десяти лет. Технология заключается в том, что подложка, на которой будет происходить рост алмаза, помещается в атмосферу углеродсодержащего газа, в котором инициируются реакции, приводящие к образованию свободных углеводородных радикалов, которые затем, взаимодействуя с поверхностью подложки, вызывают рост алмазной плёнки. Как правило, результатом такого процесса является поликристаллическая алмазная плёнка, состоящая из множества сросшихся гранями кристаллов алмаза, но возможен также рост монокристаллических слоёв алмаза, при использовании подложки из монокристалла алмаза. Для активации газовой смеси и образования в ней необходимых активных веществ используются самые различные методы. Простейшим методом активации является нагрев газа разогретыми до высокой температуры (около 2200 °С) вольфрамовыми нитями. В настоящее время более распространены плазмо-химические реакторы, использующие различные виды газового разряда, в частности СВЧ разряда. Главным до стонством реакторов наГСВЧ разряде является высокое качество получаемых алмазных плёнок. Использование безэлектродного разряда исключает загрязнение плазмы материалом электродов, а высокая,частота используемого излучения позволяет достичь высокого энерговклада в плазму, и как следствие - высокой концентрации активных частиц и радикалов и относительно высокой скорости роста алмазной плёнки. Именно реакторы на СВЧ разряде используются для выращивания толстых пластин поликристаллического алмаза, пргодных для использования в качестве выходных окон мощных источников СВЧ излучения, и для доращива-ния слоёв монокристаллического алмаза на алмазной подложке. Однако реакторы на СВЧ разряде не лишены недостатков. Типичная скорость роста алмазной плёнки составляет 1-2 мкм/ч (ограничивается концентрацией активных частиц в плазме и требованиями к качеству алмаза), поэтому для получения пластин толщиной 1-2 мм требуются тысячи часов непрерывной работы реактора. В реакторах резонаторно-го типа объем создаваемой плазмы ограничен длиной волны СВЧ излучения, что делает затруднительным использование более высокочастотного излучения с целью увеличения удельного энерговклада в плазму и достижения более высокой скорости роста. Поэтому понимание происходящих в плазме процессов и оптимизация работы реактора с целью повышения скорости роста алмазной плёнки без ухудшения её качества, а также разработка новых видов СВЧ реакторов, является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является исследование оптическими методами процессов, происходящих в неравновесной плазме СВЧ разрядов, применяемых для осаждения алмазных пленок из газовой фазы, а также характеристик выращенных таким образом алмазных плёнок.

Несмотря на существование целого ряда методов измерения параметров водородной плазмы, практическое их использование в конкретных плазмохимических реакторах нередко сталкивается с рядом проблем, связанных как с техническими сложностями применения конкретных методов в некоторых реакторах или необходимости использования сложного оборудования, так и с неприменимостью некоторых методов в конкретных условиях. Практически это означает, что могут применяться только бесконтактные методы измерения, такие как оптическая спектроскопия. Из всего множества параметров плазмы важными для оптимизации работы плаз-мохимического СВЧ реактора, исследование которых бьыо целью диссертационной работы7являются следующие: кинетическая температура газа в разряде, концентрация атомарного водорода и активных радикалов, а также концентрация электронов.

Исследование свойств выращенных по CVD технологии алмазных плёнок также является важным для оптимизации режимов работы плазмохимического СВЧ реактора. Целью данной работы являлось также создание диагностического комплекса для измерения различных свойств алмазных плёнок, таких как содержание в плёнках неалмазных примесей и дефектов, теплопроводность и кристаллическая структура алмазной плёнки. Результаты измерения затем использовались для подбора оптимальных режимов работы СВЧ реактора.

В результате выполнения диссертационной работы создан комплекс диагностик углеводородной плазмы в СВЧ реакторах и параметров выращенных алмазных плёнок, необходимый для успешного развития CVD технологий, то есть создания необходимых условий для синтеза алмазных плёнок с заданными свойствами.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объём диссертации составляет 148 страниц, включая 61 рисунок. Список литературы содержит 101 наименование.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулируем основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1. В плазмохимическом СВЧ реакторе для осаждения алмазных плёнок на основе 2,45 ГГц магнетрона проведены измерения газовой температуры по излучению различных вращательных систем электронных переходов молекулярного водорода, молекулярного азота и радикала С2 при различных параметрах работы реактора. Проведен сравнительный анализ полученных результатов измерений, и показано, что в условиях, типичных для плазмохимических СВЧ реакторов для выращивания алмазных плёнок, оптимальным для определения температуры газа (адекватно отражающим динамику и величину температуры) является использование излучения вращательной системы R(2-2) перехода d3n~ —>■ a3Eg молекулярного водорода, либо, при наличии достаточного количества метана — перехода d3ng —>■ а3Пц радикала С2.

2. Проанализирована применимость различных пар линий Аг/Н и Kr/Н для измерения концентрации атомарного водорода методом актинометрии в условиях, типичных для плазмохимических СВЧ реакторов для выращивания алмазных плёнок. Проведены эксперименты по измерению концентрации атомарного водорода в плазме СВЧ реактора. Показано, что оптимальным для измерения концентрации атомарного водорода в плазмохимических СВЧ реакторах "методом актинометрии является использование пары линий Аг (2р9, 811,5 нм, 13,08 эВ) и Н7 (п=5, 434,0 нм, 13,06 эВ). Эти линии "имеют практически равную энергию верхнего уровня, и удовлетворяет условиям, при которых метод актинометрии даёт адекватные результаты.

3. Проведены измерения концентрации атомарного водорода в плазме СВЧ реактора в импульсном и непрерывном режимах работы при различных давлениях и СВЧ мощности. Относительная концентрация атомов водорода в плазме СВЧ разряда, поддерживаемого в плазмохимичесом СВЧ реакторе излучением с частотой 2,45 ГГц, возрастает с ростом давления как в импульсном, так и в непрерывном режимах поддержания СВЧ разряда. Увеличение скорости роста алмазных плёнок в плазме импульсно-периодичесхсого СВЧ разряда в 1,5-2 раза по сравнению с непрерывным СВЧ разрядом связано с тем, что импульсно-периодический СВЧ разряд является более эффективным источником атомарного водорода по сравнению с непрерывным при одинаковых удельных энерговкладах в плазму.

4. С использованием техники двойного импульса в импульсном режиме работы СВЧ реактора проводилась измерение временной модуляции концентраций радикалов СН и С2. Показано, что концентрации исследуемых радикалов промо-дулированы по амплитуде, при этом глубина модуляции существенно больше, чем у атомарного водорода. Поскольку радикалы СН и С2 рождаются в газовой фазе в основном в реакциях с участием Н, можно предположить, что модуляция концентрации Н ведет к модуляции углеродосодержащих радикалов. В промежутке между импульсами сохраняется заметная концентрация атомарного водорода и активных радикалов Снижение концентрации атомарного водорода происходит по закону, близкому к экспоненциальному, с характерным временем около 2,5 мс.

5. В плазмохимическом СВЧ реакторе для осаждения алмазных плёнок на основе 2,45 ГГц магнетрона в процессе осаждения алмазных плёнок проведены измерения концентрации радикала С2 методом широкополосной спектроскопии поглощения, и одновременное измерение интенсивности излучения перехода d3ng —а3Пи радикала С2. Показано, что интенсивность излучения перехода d3ng~—> а3Пи радикала С2 в широком диапазоне условий, реализуемых в плаз-мохимических СВЧ реакторах, линейно кореллирует с концентрацией радикала

С2, что позволяет использовать интенсивность данного перехода для определения относительной концентрации радикала С2.

6. Для нового типа плазмохимического СВЧ реактора, использующего плазму СВЧ разряда, поддерживаемого в пересекающихся волновых пучках излучением гиротрона с частотой 30 ГГц, в трёхкомпонентной газовой смеси водорода, метана и аргона, при большом процентном содержании аргона (50-75%), температура газа и концентрация электронов слабо зависят от мощности СВЧ излучения, но испытывают выраженный рост с повышением давления газа. Увеличение содержания аргона в газовой смеси приводит к уменьшению концентрации электронов и, при более высоких мощностях, к снижению температуры газа Увеличение давления газа приводит к увеличению как температуры газа, так и концентрации электронов, из-за снижения объема плазмы и увеличения удельного поглощения энергии плазмой.

7. На основе непрерывного аргонового лазера и спектрографа Horiba JY FHR-1000 с линейкой ПЗС Jobin Yvon создана установка для анализа алмазных материалов при помощи спектроскопии комбинационного рассеяния Методом спектроскопии комбинационного рассеяния проведены диагностика содержания графита в алмазных плёнках и внутренних напряжений в толстых (1 мм) поликристаллических алмазных дисках. Результаты содержания измерений графитовой фазы в алмазных плёнках позволили оптимизировать режимы работы СВЧ реактора для получения оптически прозрачных алмазных пленок высокой чистоты. Показано, что некоторые алмазные диски имеют неравномерное по радиусу распределение внутренних напряжений (внешняя часть диска испытывает сжатие, в то время как внутренняя часть испытывает ра- стяжение. Такое распределение вызвано неравномерностью распределения температуры алмазных дисков в процессе осаждения.

8. Проанализированы различные методы измерения теплопроводности. Создана установка для измерения теплопроводности алмазных дисков диаметром 50100 мм методом стационарного распределения температуры Проведены измерения теплопроводности для нескольких образцов поликристаллического CVD алмаза, полученные значения теплопроводности всего на 15-25% ниже, чем теплопроводность природного алмаза типа Па (23,0 Вт/см ■ К при 300 °К). Полученные результаты свидетельствуют о том, что теплопроводность CVD алмаза достаточна для ряда применений, таких как использование в качестве выходных окон мощных источников СВЧ излучения или в качестве теплоотводов для мощных электронных устройств.

9. Разработан метод для быстрого определения параметра а, характеризующего кристаллическую структуру поликристаллических алмазных плёнок при помощи анализа углового распределения обратного рассеяния света при отражении от граней кристаллов на поверхности плёнки.

1. GroWn Т. A., Asmussen J., Microwave plasma-assisted diamond film deposition

2. Diamond Films Handbook, Ed. by J. Asmussen and D. K. Reinhard, Marcel Dekker, New York, (2001), c. 211

3. Eversole W.G. // US Patent 3030187, 3030188 (1958)

4. Deryagin B.V., Fedoseev D.V., Luk'yanovich V.M., Spitsyn B.V., Ryabov V A Lavrent'ev A. V. // J. Crystal Growth, (1968), N.2, c. 380-384

5. Angus j. a, mil H. a, Stanko W.S. // J. Appl. Phys. (1968), т.39, с. 29155. дерягин Б.В., Спицин Б.В., Буилое Л.Л., Клочков А.А., ГородеЦКЫ А.Е., Смо-лянинов А.В. // Доклад Академии Наук СССР (1976), т.231, с. 333 '

6. Spitsyn В. V., Builov L.L., Deryagin В. V. // J. Cryst. Growth (1981), т.52, с. 219

7. Matsumoto S., Sato Y., Kamo M., Setaka N. // J. Mater, Sci. (1982), т.17, c. 3106

8. Ohtake N., Yoshikawa M. // J. Electrochem. Soc. (1990), т.137, с. 717

9. Baik Y.J., Lee J.K., Lee W.S., Eun K. Y. // Thin Solid Films (1999), т.341 с 202206

10. Ю. Paul W. May, Diamond films: a 21st century material // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A (2000) t.358, c.473-495

11. Bardos L., Barankova H., Nyberg Т., Berg S., Lebedev Y.A., Diamond deposition in a microwave electrode discharge at reduced pressures // Diamond and Related Materials, (1997), т.6, N.2, c. 224-2291.f

12. Borges C.F.M., Moisan M., Gicquel A. // Diamond and Related Materials (1995), т 4, c. 149-154

13. Vikharev A.L. et.al. // Vth International Workshop "Microwave discharge- fundamentals and applications", Greifswald, Germany (2003) c. 84

14. Avtaeva S.V., Mamytbekov M.Z., Otorbaev D.K., Diagnostics of magnetically enhanced RF discharges in methane, argon and methane-argon mixtures //J. Phys. D: Appl. Phys., (1997), т.ЗО, с. 3000-3007

15. Lang N., Kalachev M., Kaning M., Lavrov B.P., Ropke J., Time behaviour of various emissions in a modulated hydrogen microwave discharge // Frontiers m Low temperature plasma Diagnostics III, Saillon, Switzerland, (1999)

16. Tomasini L., Rousseau A., Gousset G., Leprince P., Spectroscopic temperature measurements in a H2 microwave discharge //J. Phys. D: Appl. Phys, (1996), т.29, с. 1006-1013

17. Gicquel A., Hassouni K., Breton Y., Ghenevier M., Cubertafon J.C., Gas temperature measurements by laser spectroscopic techniques and by optical emission spectroscopy // Diamond and related materials, (1996), т.5, с. 366-372

18. Chu H.N., Den Hartog Е.А., Lefkow A.R., Jacobs J., Anderson L. W., Lagally M. G., Lawler J.E., Measurements of the gas kinetic temperature in a CHi — H2 discharge during the growth of diamond // Phys Rev A, (1991), т.44, N.6, с. 3796

19. Xavier Duten, Antonie Rousseau, Alix Gicquel, Khaled Hassouni, Philippe Leprince, Time resolved measurements of the gas temperature in a H2/CH4 medium pressure microwave 915 MHz pulsed plasma // J. Phys. D: Appl Phys, (2002), т.35, с. 19391945

20. Xavier Duten, Antonie Rousseau, Alix Gicquel, Philippe Leprince, Rotational temperature measurements of excited and ground states of C2 (d3ng —> а3Пи) transitions in a H2/CH4 915 MHz microwave discharge // J. Appl. Phys, (1999), т.86, N.9, с. 5299-5301

21. Bo Bai, Herbert H. Savin, Brett A. Cruden, Neutral gas temperature measurements of high-power fluorocarbon plasmas by fitting swan bands of C2 molecules //J. Appl. Phys, (2006), t.99, c. 013308 (1-11)

22. Tonms E.J. // Ph.D. thesis, University of California, Berkeley, (2000)

23. Коссый И.А., Оторбаев Д.К., Силаков В.П., Чеботарев А. В., Радиационные спектры атомов водорода в неравновесной газоразрядной плазме // Физика плазмы, (1998), т.24, N.8, с. 761-764

24. Goodwin D.C., Butler J.E. // Handbook of industrial diamond and diamond films, Ed. by Prelas M.A. et, ch.ll, New York: Marcel Dekker, (1997)

25. Stephen J. Harris, Anita M. Weiner, Methyl radical and H-atom concentrations1. during diamond growth // J. Appl. Phys., (1990), т.67, N.10, c. 6520-6526

26. Davies P.В., Martineau P.M., Infrared laser diagnostics in methane chemical-vapor-deposition plasmas // J. Appl. Phys., (1992) т.71, N.12,- с. 6125-6135

27. Celii F.G., Butler J.E., Direct monitoring of CH3 in a filament-assisted diamond chemical vapor deposition rector // J. Appl Phys., (1992), t.71, N.6, c. 2877-2833

28. Mozetic M., Drobnic M., Zalar A., Determination of H concentration with a Ni catalytic probe // XXIV ICPIG (Warsaw, Poland), 11-16 July, (1999)

29. Mechold L., Ropcke J., Duten X., Rousseau A., On the hydrocarbon chemistry in a H2 surface wave discharge containing methane // Plasma Sources Sci. Technol, (2001), T.10, c. 52-60

30. Poucques L., Bougdira J., Hugon R., Henrwn G., Alnot P., Time-resolved plasma diagnostics for a better understanding of the improvement of pulsed MWPACVD of diamond // J. Phys. D: Appl. Phys., (2001), т.34, с. 896-904

31. Capelh M.A., Owano T.G., Gicquel A., Duten XMethyl concentration measurements during microwave plasma-assisted diamond deposition // Plasma Chemistry and Plasma Processing, (2000), т.20, N.l, c. 15

32. Lombardг G , Stancu G.D., Hempel F., Gicquel A., Ropcke J., Quantitative detection of methyl radicals in non-equilibrium plasmas: a comparative study // Plasma Sources Sci. Technol., (2004), т.13, N.l, c. 27-38

33. Goyette A.N., Lawler J.E., Anderson L. W., Gruen D.M., McCauley T G., Zhou D., Krauss A.R., Spectroscopic determination of carbon dimmer densities in Ar-H2-CH4 and Ar-H2-C60 plasmas // J. Phys. D: Appl. Phys., (1998), т.31, с. 1975-1986

34. Cobrnn J.W., Chen M. // J. Appl. Phys., (1980), т.51, с. 3134

35. Очкии B.H. J/ Спектроскопия низкотемпературной плазмы, M. Физматлит, (2006)

36. Griem H.R. // Principles of plasma spectroscopy, Cambridge University Press, Cambridge, U.K., (1997)

37. Gigosos M.A., Gonzalez M.A., Cardenoso V., Computer simulated Balmer-alpha, -beta and -gamma Stark line profiles for non equilibrium plasmas diagnostics // Spectrochimica Acta Part B, 58 (2003), c. 1489-1504

38. Вшарев А.Л., Иванов О.А., Степанов A.H., Применение коротких ионизирующих СВЧ импульсов для изучения распада плазмы // Журнал технической физики, (1984), т.54, N.8, с. 1617-1619

39. Злобина Ю.В., Шибкое В.М., Шибкова Л.В., Кинетика нагрева и диссоциации молекул в импульсном разряде в водороде // Физика плазмы, (1998), т 24, N 7, с. 667-671

40. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. // Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, М.: Наука, (1966)

41. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. // Релаксационные процессы в ударных волнах, М.: Наука, (1965)

42. Оторбаев Д.К., Очкин В.Н., Рубин П.Л., Савинов С.Ю., Соболев Н.Н., Цхай С.Н. Возбуждение вращательных уровне электронных состояний молекул электронным ударом в газовом разряде // Труды Физического института им. П.Н.--Лебедева, (1985), т.157, с. 86

43. Брюховецкий А.П., Котликов Е.Н., Оторбаев Д.К. и др, Возбуждение электронно-колебательно-вращательных уровней молекул водорода электронным ударом в неравновесной плазме газового разряда // ЖЭТФ, (1980), т.79,с 1687-1703

44. Phelps A. V., Cross sections and swarm coefficients for H+, Rf, H3", H, H2 and H~ in H2 for energies from 0.1 eV to 10 keV // Journal of Physical and Chemical Reference Data, (1990), т.19, вып.З, с. 653-675

45. Лавров Б.П., Электронно-вращательные спектры двухатомных молекул и диагностика неравновесной плазмы // Химия плазмы, ред. Б.М. Смирнов, М.: Энергоатомиздат, (1984), вып.11

46. Davis G.P., Gottscho R.A. // J. Appl. Phys., (1983), т.54, с. 3080

47. Лебедев Ю.А., Шахатов В.А., О параметрах неравновесного азотного СВЧ-разряда в трубке в прямоугольном волноводе // Теплофизика высоких температур, (2006), т.44, N.6, с. 805-813

48. Лебедев Ю.А., Шахатов В.А., Диагностика неравновесной азотной плазмы по излучению второй положительной системы азота // Физика плазмы, (2006), т.32, N.1, с. 58-74

49. Михеев И.Д., Бадрутдинов О. Р., Об определении температуры плазмы тлеющего разряда в азоте по второй положительной системе N2 // Журнал прикладной спектроскопии, (1988), т.49, N.3, с. 486-488

50. Smirnov В.М., Yatsenko A.S., Properties of dimers // Успехи физических наук, (1996) т.39 N.3, с. 211-230

51. Вихарев А.Л., Горбачев A.M., Колданов В.А., Радищев Д. В., Исследования импульсного и непрерывного СВЧ разрядов, применяемых в технологии получения алмазных плёнок // Физика плазмы, (2005), т.31, N.3, с. 376-384

52. Колданов В.А., Горбачев A.M., Вихарев А.Л., Радищев Д. В., Самосогласованное моделирование импульсного и непрерывного СВЧ-разрядов в водороде // Физика плазмы, (2005), т.31, N.11, с. 1038-1050

53. Prasad C.V.V, Bernath P.F., Fourier transform spectroscopy of the Swan (d3ng а3Пи) system of the jet-cooled C2 molecule // The Astrophysical Journal, (1994), т.426, c. 812-821

54. Pellerin S., Musiol K., Motret O., Pokrzywka В., Chapelle J., Application of the (00) Swan band spectrum for temperature measurements //J. Phys, D Appl. Phys, (1996), T.29, c. 2850-2865

55. Gorbachev A.M., Koldanov V.A., Vikharev A.L., Numerical modeling of a microwave plasma CVD reactor // Diamond and Related Material, (2001), т.10, с. 342-346

56. Дятко H.A., Кашко Д.А., Паль А.Ф., Серов А. О., Суетин Н В., Филиппов А.В., Актинометрический метод контроля концентрации атомарного водорода в тлеющем разряде // Физика плазмы, (1998), т.24, N.12, с. 1114-1123

57. Rousseau A., Granier A., Gousset G., Leprince P., Microwave discharge in H2: influence of H-atom density on the power balance // J. Phys. D: Appl. Phys., (1994), T.27, c. 1412

58. Farhat S., Findeling C., Silva F., Hassouni K., Gicquel A., Role of the plasma composition at the surface on diamond growth // J. Phys. IV France, (1998), т.8, Pr7, c. 391

59. Gicquel A., Hassouni K. et al. // Diam. Rel. Mater., (1994), т.З, с. 581

60. Wouters M.J., Khachan J., Falconer IS., James B. W. // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., (1999), t.32, c. 2869

61. Francis A., Czarnetzki U., Dobele H.F., Sadeghi N. j j Appl Phys. Lett, (1997), t.71, N.26, c. 3796

62. Akhmedzhanov II.Л Vikhnrpv Л r j. 1 ,,л., vimarev A.L., Gorbachev A.M., Kolianov VA , Radishev

63. D.B., Studies of pulse operation regime of microwave plasma CVD reactor // D,a-mond and Related Materials, (2002), т. 11, с. 579-583

64. Goyette A.N., Lavler J.E., Anderson L.W., Gmen D.M., McCauley TO Zhou

65. D.,Krauss A. R„ C2 Swan Band Emission Intensity as a taction of C2 density // Plasma Sources Sci. Technol., (1998). т.7. с. 149-153

66. Hiramatsu M„ Kato K., Lau C.H., Foord J.S., Hori M„ Measurement of C2 radical density in microwave methane/hydrogen plasma used for nauocrystalline diamond film formation // Diamond Relat. Mater., (2003), т.12, с. 365-368

67. Benndorf С., Joeris P., Kroger R. // Pure fc Appl. Chem. (1994), T.66, N.6, с. П95

68. John P., Rabeau J.R., Wilson J.I.B. // Diamond Relat. Mater., (2002), T.il, c. 608

69. VAharev A.L., Gorbachev A.M., Kozlov A.V., Kolianov V.A., Litvak A G

70. Ovechkm N.M., Raduhev D.B., Bykov Yu.V„ Cap,an M. // Diamond and Related

71. Materials, (2006), т. 15, с. 502-507

72. Griem Н., Hans R. // Spectral Line Broadening by Plasmas, Academic Press N Y (1974) ' ' ''

73. Asmussen J. // High density plasma sources (ed. Popov O.A.), Noyes puplications, Park Ridge, (1995), c. 251

74. Qihong Wu, Lin Yu, Yurong Ma, Yuan Liao, Rongchuan Fang, Ligong Zhang, Xi-angli Chen, Kelvin Wang, Raman investigations of amorphous carbon in diamond film treated by laser // J. Appl. Phys., (2003), т.93, N.l, c. 94-100

75. Grus M., Jankovska-Frydel A., Bohdanovicz J., Zavada K., Chemical Vapor Deposition of Diamond Films in Hot Filament Reactor // Cryst. Res. Technol., (2001), т.36, c. 961-970

76. Mortet V., Krornka A., Kravets R., Rosa J., Vorlicek V., Zemek J., Vanecek M., Investigation of diamond growth at high pressure by microwave plasma chemical vapor deposition // Diamond and Related Materials, ((2004)), т.13, с. 604-609

77. Wotherspoon A., Steeds J. W., Catmull В., Butler J,, Photoluminescence and positron annihilation measurements of nitrogen doped CVD diamond // Diamond and Related Materials, (2003), т.12, с. 652-657

78. Wotherspoon A., Seeds J. W., Coleman P., Wolverson D., Davies J., Lawson S., Butler J., Photoluminescence studies of type Ha and nitrogen doped CVD diamond // Diamond and Related Materials, (2002), т. 11, с. 692-696

79. Bergmann L., Stoner B.R., Turner K.F., Glass J. Т., Nemanich R. J. // J. Appl.- Phys., (1993), t.73, c. 3951-3957 ~

80. Feldman A., Round robin thermal conductivity measurements on CVD diamond // In: A Feldman, Y Tzeng, WA Yarborough, M Yoshikawa, M Murakawa, eds. Applications of Diamond Films and Related Materials: Third International Conference, (1995), c. 627

81. Образцов А.Н., Павловский И.Ю., Окуши X., Ватанабе X., Влияние структурных особенностей на теплопроводность поликристаллических алмазных пленок // Физика твёрдого тела, (1998), т.40, N.7, с. 1221

82. Boccara А.С., Fournier D., Baoz J. // Appl Phys Lett., (1980), т.36, с. 130

83. Fournier D., Plaman K. // Diamond Related Material, (1995), т.4, с. 809

84. Graebncr J.E. // Diamond Film Technol., (1993), т.З, с. 77

85. Anthony T.R., Banholzer W.F., Fleisher J.F., Wei L., Кио P.K., Tomas R.L. // Phys. Rev. B, (1990), т.4, с. 1104

86. Rosenciuaig A. // Photoacoustics and Photoacoustic spectroscopy, Wiley, N.Y., (1980), c. 309

87. Rosencwaig A., Gersho A. // J. Appl. Phys, (1976), т.47, с. 64

88. Feldman A., Frederikse H.P.R. // Proceedings of Second International Conference on the Applications of Diamond Films and Related Materials, Omiya Saitama, Japan, August 25-27, (1993), c. 261

89. Ralchenko V., Vlasov A., Vlasov L., Zubov В., Nikitin A., Khomich A. // Proc. SPIE Int. Soc., Opt. Eng., (1997), т.3484, с. 214

90. Vlasov A., Ralchenko V., Gordeev S., Zakharov D., Vlasov L., Belobrov P. // Diamond Related Material, (2000), т.9, с. 1104

91. Ивакин E.B., Суходолов А.В., Ральченко В.Г., Власов А.В., Хомич А.В., Измерение теплопроводности поликристаллического CVD-алмаза методом импульсных динамических решеток // Квантовая электроника, (2002), т.32, N.4, сг367-372

92. Gorbachev V.V., Durov V.M., Zezin R.B., Ivakin E.V., Rubanov A.S., Tatyanina ' N.A. // Phys. Stat. Sol. (b), (1988), т. 150, с. 901

93. Erchier H.J., Gunter P., Pohl D.W. // Laser-induced dynamic gratings, Behrn Springer, (1986)

94. Wild C.} Koidl P., Muller-Sebert W., Walcher H., Kohl R., Herres N„ Locher R., Samlenski R., Brenn R., Chemical vapour deposition and characterisation of smooth100}-faceted diamond films // Diamond and Related Material, (1993), т.2, с. 158168

95. Silva F., Gicquel A., Tardieu A., Cledat P., Chauveau Th., Control of an MPACVD reactor for polycristalline textured diamond films synthesis: role of microwave power density // Diamond and Related Material, (1996), т.5, с. 338-344

96. Физика Плазмы, (2005), т.31, N.10, с. 1038-1050

97. Шифр 2007-3-2.3-25-05-001 // ИНФ РАН, Нижний Новгород, (2008), глава 2,' Инв. номер 02.200 951541