Исследование влияния параметров и условий поддержания плазмы СВЧ разряда на характеристики монокристаллических алмазных пленок, осаждаемых из газовой фазы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

005050368

МУЧНИКОВ Анатолий Борисович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ И УСЛОВИЙ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАЗМЫ СВЧ РАЗРЯДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ ПЛЕНОК, ОСАЖДАЕМЫХ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

01.04.08 - физика плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

6 МАР 2013

Нижний Новгород - 2013

005050368

Работа "выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт прикладной физики Российской академии наук (г. Нижний Новгород).

Научный руководитель

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

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор

А. И. Смирнов (ИПФ РАН)

кандидат физико-математических наук,

К.Ф. Сергейчев (ИОФ РАН)

Ведущая организация

Институт физики микроструктур РАН (ИФМ РАН)

Защита состоится «4» марта 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 002.069.02 при ФГБУН Институт прикладной физики РАН (603950 г. Нижний Новгород, ГСП-120, ул. Ульянова, 46).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПФ РАН.

Автореферат разослан « У »

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор ~ Ю. В. Чугунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Алмаз является материалом, обладающим совокупностью исключительных свойств, благодаря которым он рассматривается как высокотехнологичный материал для широкого круга научных и промышленных применений. По структуре, алмаз может являться монокристаллическим или поликристаллическим. Поликристаллический алмаз, состоящий из большого числа сросшихся между собой кристаллитов или зерен, может быть классифицирован по размеру отдельных кристаллитов: различают микро-, нано- и ультрананокристаллический материал, с размерами в десятки мкм, десятки им и единицы нм, соответственно. Монокристаллический алмаз превосходит поликристаллический материал по своим свойствам, поскольку в нем отсутствуют границы зерен. Природный монокристаллический алмаз размером более нескольких миллиметров встречается крайне редко, и кроме того, его применение в науке и технике сильно ограничено, поскольку характеристики у различных камней сильно отличаются. В 50-е годы XX века была разработана технология выращивания искусственного монокристаллического алмаза методом «высокого давления и высоких температур» (ВДВТ), при давлении более 5 ГПа и температуре более 1500 °С, в присутствии металлического катализатора. Это сильно расширило круг промышленных применений алмаза.

Наиболее широкое распространение работ ы по получению искусственных алмазов получили после разработки метода осаждения атомов углерода из газовой фазы на твердую подложку, то есть CVD (chemical vapor deposition) методом [1-3]. Осаждение алмазных пленок происходит в активированной в CVD реакторе неравновесной среде углеродсодержащего газа (как правило, метана) и водорода при пониженном давлении (меньше I атм.). В результате комплекса объемных реакций, в основном с участием атомов водорода, формируется сложный многокомпонентный состав газовой смеси. Эти компоненты диффундируют к поверхности подложки, где в результате протекания поверхностных реакций растет алмазная пленка (АП) [4].

В настоящее время наиболее распространенной является технология получения алмаза из газовой фазы в реакторах на основе СВЧ разряда1, поскольку она обладает рядом преимуществ по сравнению с другими: газовая смесь не содержит примесей ввиду отсутствия нитей и электродов внутри реактора. Плазма сосредоточена только в области подложки и не взаимодействует со стенками реактора. Это является особенно важным для роста

' В дальнейшем для краткости будем называть их илазмохимическими СВЧ реакторами.

чистого алмазного материала с контролируемым содержанием примесей. Для получения искусственных монокристаллических алмазных слоев с высоким «электронным» качеством, повторяющимся от кристалла к кристаллу. выращивание алмаза в СВЧ реакторах является единственным методом [5].

Параметры плазмы СВЧ разряда оказывают сильное влияние на характеристики алмаза, получаемого в СУБ реакторах. Поэтому изучению параметров плазмы в СВЧ реакторах посвящено довольно много исследований (см. обзоры [6, 7] и ссылки, приведенные в них). Тем не менее, полного понимания физико-химических процессов, протекающих при росте алмаза, еще не достигнуто, поскольку создаются новые реакторы и расширяются условия синтеза алмаза по вводимой в реактор СВЧ мощности и давлению газа.

Согласно современным представлениям, скорость роста АП и плотность дефектов зависят от следующих параметров: приповерхностных концентраций атомарного водорода и метил радикала СН3, а также температуры подложки. Наработка и потери указанных радикалов могут сильно различаться в зависимости от условий, поддерживаемых в СВЧ разряде, и обусловлены такими параметрами плазмы, как: концентрация электронов, температура электронов (функция распределения), температура газа. В свою очередь, параметры плазмы определяются внешними параметрами процесса, такими как: давление газа, мощность СВЧ излучения, поглощающегося в плазме, сорт газа или газовой смеси, эффективность охлаждения подложки. Также большое значение имеет такой параметр, как удельный энерговклад в разряд IV (Вт/см3), то есть значение мощности СВЧ излучения, поглощаемой в единице объема газоразрядной плазмы.

С ростом удельного энерговклада возрастает концентрация электронов, а значит и плотность активных радикалов, что приводит к увеличению скорости роста А1Т или улучшению их качества (снижению плотности дефектов). Понимание того, что с помощью увеличения Ж и давления газа могут быть улучшены условия синтеза высококачественных АП было достигнуто усилиями многих исследовательских групп (см. обзор [6] и ссылки, приведенные в нем). Однако, в проведенных ранее исследованиях по выращиванию монокристаллического СУБ алмаза величина IV не превышала 100-150 Вт/см3. Важной задачей поэтому является создание плазмы с высоким удельным энерговкладом (с высокой концентрацией активных компонентов) и исследование синтеза монокристаллических АП в ней2.

В зависимости от величины удельного энерговклада в СВЧ реакторе процессы образования радикалов, прежде всего, атомарного водорода Н,

2 Лишь недавно была предложена конструкция СВЧ реактора для исследования синтеза монокрис галлического СУП алмаза в плазме с высоким энерговкладом до 400 Вт/см3 [8].

существенно различаются. При малых энерговкладах (IV < 20 Вт/см3) образование Н происходит, в основном, за счет диссоциации молекул Н2 электронным ударом. При увеличении IV (до 30-50 Вт/см3) добавляется еще один канал наработки атомарного водорода в реакции термической диссоциации Н2. При этом температура газа ограничена на уровне 2500-3100 К [6, 9, 10] за счет расхода тепловой энергии на термическую диссоциацию Н2 (затрата энергии в реакции - 4.8 эВ на молекулу Н2). При дальнейшем увеличении IV (например, за счет увеличения давления газа) температура газа растет, и термическая диссоциация становится доминирующим механизмом диссоциации Н2. Поэтому при высоких добавляются новые плазмохими-ческие процессы, которые требуют изучения.

Для эффективного роста АП высокого качества важна не только наработка высоких концентраций, необходимых для роста алмаза радикалов, но и перенос их к поверхности подложки. Процессы переноса существенно различаются в зависимости от внешних параметров проведения экспериментов (давления газа [11]), а также зависят от геометрии СВЧ реактора [12]. Эти параметры сильно влияют на пространственное распределение радикалов, и, соответственно, на однородность роста АП. Для улучшения однородности осаждения АП возможно изменение условий поддержания СВЧ разряда, то есть переход от непрерывного к импульсно-периодическому СВЧ разряду [13]. В зависимости от параметров импульс-но-периодического СВЧ разряда (частоты повторения импульсов и скважности) средние за период концентрации радикалов могу! быть распределены более однородно, чем в непрерывном режиме поддержания разряда.

Таким образом, в СВЧ реакторах существует значительное число параметров влияющих на выращивание с высокой скоростью монокристаллического СУХ) алмаза большой площади3 и высокого качества с контролируемым содержанием примесей. Поскольку существует огромная потребность в синтезе монокристаллического СУП алмаза с перечисленными характеристиками, необходимо исследование плазмохимических процессов, протекающих в газовой фазе, и изучение взаимосвязей между параметрами плазмы СВЧ разряда и свойствами монокристаллических АП, чему и посвящена настоящая диссертация. Актуальной задачей является исследование синтеза АП в новых, еще не исследованных условиях как при более высоких энерговкладах, так и в импульсно-периодическом режиме поддержания плазмы. Также важным является оптимизация параметров синтеза для выращивания монокристаллов алмаза с максимальной скоростью при высоком «электронном» качестве.

3 Можно считать, что, монокристаллический С\'0 алмаз имеет большую площадь, если его линейные размеры более 3 мм (в отличие от пластин поликристаллического алмаза, выращиваемых диаметром до 150 мм).

Цель работы

Целью диссертационной работы является исследование параметров и условий поддержания плазмы СВЧ разряда на частоте 2,45 ГГц и изучение их влияния на характеристики монокристаллических алмазных пленок, выращиваемых С\Т> методом.

Для достижения поставленной цели в рамках диссертационной работы решались следующие задачи:

1. исследование корреляции между оптическими спектрами излучения плазмы и скоростью роста АП;

2. исследование создания условий поддержания СВЧ разряда с высоким удельным энерговкладом и измерение параметров плазмы такого разряда;

3. исследование влияния частоты повторения СВЧ импульсов на параметры СВЧ разряда и свойства АП в импульсно-периодическом режиме поддержания СВЧ разряда;

4. измерение приповерхностной концентрации атомарного водорода в различных режимах поддержания СВЧ разряда;

5. исследование роста и свойств монокристаллических АП при высоком удельном энерговкладе в плазму в различных режимах поддержания СВЧ разряда;

6. сравнение роста монокристаллических АП при различной внутренней геометрии СВЧ реактора (подложкодсржатслях различной формы и размеров).

Научная новизна работы

1. Показано, что в плазмохимическом СВЧ реакторе при поддержании плазмы в водород-метановой смеси скорость роста алмазных пленок коррелирует с отношением инггенсивностей линий радикала СН (переход Л2Л-Х'П, длина волны 431 нм) и атомарного водорода (линии На, Нр, Нт серии Бальмера) /оДя-

2. Предложен и апробирован новый метод измерения концентрации атомарного водорода у поверхности алмазных пленок. Суть метода заключается в травлении графитовой подложки, расположенной в СВЧ реакторе на месте кремниевой подложки, на которой проводился рост алмаза. Величина относительной концентрации атомарного водорода у поверхности подложки определяется по результатам измерения уменьшения массы подложки и определения скорости травления графита при работе реактора в чистом водороде (без метана). Метод применим для выбора условий роста алмазных пленок в СВЧ реакторах, а также для сравнения различных реакторов.

3. Впервые показано, что в импульсно-периодическом режиме поддержания плазмы в плазмохимичсском СВЧ реакторе существует оптимальная частота повторения импульсов, при которой и скорость роста, и качество монокристаллических алмазных пленок выше, чем при остальных частотах (при одинаковой средней мощности). Показано, что причиной этого является увеличение приповерхностной концентрации атомарного водорода. Значение частоты повторения импульсов, при которой имеет место максимум, зависит от геометрии реактора, давления газовой смеси, удельного энерговклада в плазму, а также размера подложки, на которой происходит рост алмазных пленок. Для СВЧ реактора на основе объемного резонатора, возбуждаемого на моде ТМ(яз, для подложек диаметром 20-40 мм оптимальная частота повторения импульсов равна 250 Гц.

4. Впервые предложен и апробирован метод получения комбинированного CVD алмаза, состоящего из соединенных между собой в процессе роста участков поли- и монокристаллического алмаза.

Основные положения, выносимые на защиту

J. В плазмохимичсском СВЧ реакторе на частоте 2,45 ГГц при поддержании плазмы в водород-метановой смеси скорость роста алмазных пленок коррелирует с отношением интенсивностей излучения радикала СН (переход А2А-Х2П около 431 им) и линий атомарного водорода (На, Hp, Нг серии Бальмера) 1аДи• Отношение интенсивностеи 1 (и/1ц является параметром, позволяющим контролировать процесс осаждения алмазных пленок и сравнивать скорости роста п различных режимах работы СВЧ реактора на основе объемного резонатора.

2. В плазмохимичсском СВЧ реакторе на частоте 2,45 ГГц при осаждении монокристаллических алмазных пленок с использованием подложко-держателей различной геометрии и при одинаковом удельном энерговкладе в плазму скорость роста монокристаллических алмазных пленок выше (а качество не хуже) в условиях, достигающихся при более высоком давлении газа.

3. В плазмохимическом СВЧ реакторе на частоте 2,45 ГГц импульс-но-периодический режим поддержания плазмы позволяет повысить скорость роста монокристаллических алмазных пленок (без ухудшения качества) по сравнению с непрерывным режимом при одинаковых удельных энерговкладах, средней поглощающейся СВЧ мощности и размерах подложек.

4. В импульсно-периодическом режиме поддержания плазмы в плазмохимическом СВЧ реакторе на частоте 2,45 ГГц существует оптимальная частота повторения импульсов, при которой скорость роста и качество монокристаллических алмазных пленок выше, чем при остальных частотах. Повышение и скорости роста, и качества происходит за счет увеличения приповерхностной концентрации атомарного водорода при этой частоте

повторения импульсов. Значение частоты, при которой имеет место максимум, зависит от параметров процесса осаждения (геометрии реактора, давления газа, удельного энерговклада), а также размера подложки, на которой происходит рост алмазных пленок.

5. Использование импульсно-периодического режима поддержания плазмы при высоких удельных знерговкладах (более 80 Вт/см3) позволяет реализовать условия в плазмохимическом СВЧ реакторе для получения комбинированного СУО алмаза - сросшихся между собой участков поли- и монокристаллического алмаза, растущих примерно с одинаковой скоростью роста.

Практическая и научная ценность

Результаты, полученные в диссертации, могут иметь широкий спектр как научных, так и прикладных применений. Монокристаллический СУП алмаз востребован для задач фундаментальной науки: на его основе разрабатываются детекторы УФ и ионизирующих излучений, активные электронные приборы (мощные переключатели, транзисторы, оптоэлектронные устройства), электрохимические и биологические сенсоры [14]. Также в монокристаллическом СУО алмазе активно исследуются квантовые эффекты на точечных дефектах, эффекты сверхпроводимости и оптические свойства [15].

В последнее время появились предпосылки для перевода технологии получения СУО алмаза в СВЧ реакторах из исследовательской стадии в область промышленных применений. Поэтому предложенные в диссертации методы повышения скорости роста монокристаллического СУО алмаза без ухудшения качества, и увеличения его площади имеют большое практическое значение.

Синтезированные комбинированные пластины из поли- и монокристаллического СУО алмаза могут быть использованы для создания электронных приборов в широкомасштабном технологическом процессе, применяя технологические линии, уже разработанные для кремниевой технологии. Также их использование может заметно улучшить (и технически упростить) теплоотвод от монокристаллических алмазных пластин, использующихся в мощных приборах, требующих охлаждения, в частности, в рентгеновских монохроматорах.

Апробация работы

Настоящая диссертация является итогом исследований, выполненных в ИПФ РАН в 2004-2012 гг. Описанные в диссертации научные результаты докладывались автором на семинарах ИПФ РАН и на конкурсах работ молодых ученых ИПФ РАН (2007, 2008, 2011 гг.); на международных конфе-

репциях по алмазам и алмазоподобным пленкам «European Conference on Diamond, Diamond - Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides» в 2007, 2008, 2009, 2010 годах; на международной конференции «Microwave Discharge: Fundamentals and Applications» в 2006 году; на IV Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии в 2005 году; на XXXIII Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС в 2006 г.; на Всероссийском семинаре по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн в 2007 году; на ХШ Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России» (Материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники) и XX Международном симпозиуме «Тонкие пленки в электронике» в 2007 году; на международных совещаниях: «Strong Microwaves in Plasmas» в 2005 году, «Strong microwaves: sources and applications» в 2008 году и «Strong microwaves and terahertz waves: sources and applications» в 2011 году; на международной конференции по микро- и наноэлектронике (ICMNE) в 2009 году; на XVI международном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» в 2012 году.

Основу диссертации составили работы [1А-23А], посвященные экспериментальному исследованию параметров и условий поддержания плазмы СВЧ разряда и изучению их влияния на характеристики монокристаллических алмазных пленок, выращиваемых CVD методом. В общей сложности по теме диссертации опубликованы 9 статей в ведущих российских и зарубежных реферируемых научных журналах, 13 докладов в трудах российских и международных конференций, издан 1 препринт. Эти работы содержат материалы исследований, выполненных в ИПФ РАН в рамках инициативных тем, международных грантов и грантов РФФИ. Автор являлся непосредственным участником проводимых исследований. Опубликованные работы написаны в соавторстве с сотрудниками, принимавшими участие в выполнении исследований. Автором внесен определяющий вклад в постановку, проведение и анализ представленных в работах [1А, 2А, 4А, 5А, 10А, 11 А, 13А, 15А, 16А, 17А, 20А, 23А] экспериментов. В работах [7А, 8 А, 9 А, 21 А] автору принадлежит основная часть проведенных измерений и их интерпретации. В работах [ЗА, 6А, 12А, 14А, 18А, 19А, 22А] вклад всех соавторов равноценен.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Общий объём диссертации составляет 136 страниц, включая 79 рисунок. Список литературы содержит 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1 содержит краткий обзор современного состояния технологии получения СУО алмаза. Также в главе приведено описание некоторых дефектов, наиболее часто встречающихся в СУО алмазе.

В разделе 1.1 описаны основные физико-химические процессы, происходящие в газовой фазе во время роста СУО алмаза в плазмохимических СВЧ реакторах. Приведены основные реакции наработки и потерь активных радикалов плазмы в водород-метановой газовой смеси. Описаны основные процессы с участием атомарного водорода, способствующие росту алмазных пленок.

В разделе 1.2 приведены основные поверхностные реакции, протекающие в процессе роста алмазных пленок, описан механизм роста АП из метил радикала СН3. Приведена формула для скорости роста АП С и относительной плотности дефектов алмаза

Сос [сн3цни_ ,Х С__, (1)

3-10,5сш-3+[Н]5„г е1 [Н]^

где [Н]5иг - концентрации атомов водорода у поверхности подложки, [СН3]5ЦГ - концентрация радикала СН3 у поверхности подложки.

Раздел 1.3 содержит обзор литературных данных по измерению и численному .моделированию параметров плазмы в плазмохимических СВЧ реакторах.

В разделе 1.4 описаны различные типы дефектов, встречающихся в СУО алмазе.

В параграфе 1.4.1 содержится описание наиболее хорошо изученных и часто встречающихся точечных дефектов. Так, параграф 1.4.1Л посвящен азотным дефектам и классификации алмазов по наличию примесей азота; в параграфе 1.4.1.2 изложено влияние малых добавок азота на скорость роста АП; параграф 1.4.1.3 описывает примеси бора и получение легированного алмаза р-типа.

В параграфе 1.4.2 описываются структурные дефекты: двойники (1.4.2.1), границы зерен в поликристаллическом алмазе и секторов роста в монокристаллах алмаза (1.4.2.2), дислокации (1.4.2.3).

Глава 2 посвящена описанию экспериментальной установки для выращивания СУО алмаза и методов диагностики параметров плазмы СВЧ разряда и полученного алмазного материала.

Раздел 2.1 содержит описание экспериментальной установки с магнетроном на частоте 2,45 ГГц (2.1.1), включающей плазмохимический СВЧ реактор на основе цилиндрического резонатора (2.1.2), вакуумно-откачную и газовую системы (2.1.3).

В разделе 2.2 приведено описание системы регистрации спектров излучения плазмы СВЧ разряда и методов измерения параметров плазмы. Описан метод спектроскопии излучения или оптической эмиссионной спектроскопии (ОЭС) для исследования СВЧ разряда. Представлен типичный спектр оптического излучения плазмы СВЧ разряда в смеси водорода с небольшой добавкой метана (рис. 1) и характеристики линий излучения различных компонентов. Описаны актинометрический метод измерения относительной концентрации атомарного водорода и метод измерения температуры газа по вращательной структуре перехода с)3! Г&—<-а311ц радикала С2.

0.1 --

450 500 550 600 650 700

X, НМ

Рис. 1. Типичный спектр оптического излучения плазмы СВЧ разряда в смеси водорода с небольшой добавкой метана.

Раздел 2.3 содержит описание методик измерения характеристик получаемых алмазных пленок. В параграфе 2.3.1 описан метод спектроскопии комбинационного рассеяния (рамановской спектроскопии) для характери-зации алмаза. В параграфе 2.3.2 описан метод определения морфологии поверхности поликристаллических АП по обратному рассеянию света. В параграфе 2.3.3 приведено описание средств микроскопии: оптических микроскопов и сканирующего (растрового) электронного микроскопа, используемых в работе. Также в этом параграфе приведены приборы ЦКП ИПФ РАН, ИФМ РАН и ННГУ, используемые для исследования свойств полученного алмазного материала.

Материалы, изложенные во второй г лаве диссертации, опубликованы в работах [1А-9А].

Глава 3 посвящена исследованию плазмохимических процессов в непрерывном СВЧ разряде с участием углеродосодержащих соединений. Описывается изучение взаимосвязи между кинетическими процессами с участием углеродосодержащих соединений и отношениями интенсивностей различных линий излучения плазмы СВЧ разряда, а также возможности

использования различных отношений интенсизноетей линий для контроля процесса осаждения АГТ.

В разделе, 3.1 приведены результаты экспериментов по исследованию непрерывного СВЧ разряда в зависимости от внешних параметров. Так, в параграфе 3.1.1 приведены результаты измерений относительной степени диссоциации водорода актинометрическим методом, а в параграфе 3.1.2 приведены результаты измерений отношений интенсивностей различных линий в зависимости от внешних параметров (давления газа, содержания метана в газовой смеси Н2+СН4, скорости подачи газов в реактор). В параграфе 3.1.3 описана корреляция между отношением интенсивностей линий

/с"-и скоростью роста АП. рис. 2. Как видно из рисунка, обе кривые воз-

Ч

растают с увеличеггием процентного содержания метана в смеси похожим

образом. Предложено использовать отношение ..Ш- для контро-

ч

ля процесса осаждения АП, как инструмент, позволяющий сравнить скорости роста в различных режимах работы С\Т) реактора.

В разделе 3.2 приведены результаты численного моделирования плазмохимкческих процессов, протекающих в СВЧ разряде в газовой смеси Н2+СН4. Для анализа процессов с участием углеродосодержащих частиц, атомарного и молекулярного водорода была построена нуль -мерная (точечная) модель химической кинетики с участием нейтральных компонентов. Взаимодействие газофазных компонентов с поверхностью АП описывались с помощью модельных реакций, учитывающих осаждение углеродосодержащих соединений на поверхность и поступление углерода с поверхности в объем плазмы (травление алмаза). Пользуясь результатами моделирования, объяснены основные экспериментальные результаты главы 3.

Материалы, изложенные в третьей главе диссертации, опубликованы в работах [1 А, 10А-11А, 13А].

Глава 4 посвящена изучению непрерывного СВЧ разряда с высоким удельным энерговкладом, а также характеристик выращиваемых в нем поли- и монокристаллических апмазных пленок. Проанализированы различные способы повышения удельного энерговклада в плазмохимическом СВЧ реакторе на частоте 2,45 ГГц.

Рис. 2. Скорость роста АП (крестики) и отношение интенсивностей линий 1СН/1И>. (кружки) в зависимости от процентного содержания метана в газовой смеси.

В разделе 4.1 изучено создание СВЧ разряда с высоким удельным энерговкладом. Используя двумерную модель, разработанную в ИПФ РАН [10], смоделированы различные методы повышения удельного энерговклада в плазму СВЧ разряда. На основании расчетов выбран для изготовления трапециевидный подложкодержатель, рис. 36, представляющий собой усе-

500

400 300 200100-

120 160

р, Topp

трапециевидный

плоский

Рис. 3. (а) зависимость удельного энерговклада от газового давления для двух конфигураций подложкодержателя (плоского и трапециевидного, ♦ и А, соответственно), мощность СВЧ излучения 2.7 кВт. Буквами А, В, С, и D (кружки) помечены параметры, при которых происходило осаждение монокристаллических АГ1; (б) схематичное изображение двух подпожкодержателей: плоского и трапециевидного.

ченный конус, обеспечивающий более высокий энерговклад по сравнению с обычно используемым плоским подложкодержателем. На рис. За представлена экспериментальная зависимость удельного энерговклада от давления газа для двух подложкодержателей: плоского и трапециевидного. На рис. За буквами А, В, С и D (кружки) показаны параметры, при которых проводились серии экспериментов по росту поли - и монокристаллического CVD алмаза, см. разделы 4.2 и 4.3.

В разделе 4.2 приведены исследования роста и свойств поликристаллических АП при высоком удельном энерговкладе в разряд, как предваряющие соответствующие исследования монокристаллических А П. Было проведено две серии экспериментов по гомоэпитаксиалытому осаждению (на алмазных подложках) поликристаллических AII. В обеих сериях рост АП осуществлялся на подложки из поликристаллического алмаза высокою качества, размерами 2.5x2.5x0.3 мм. Серия с удельным энерговютадом в плазму 80 Вт/см3 (точка А, рис. 3) и содержанием метана до 6%. А также серия с высоким удельным энерговкладом 200 Вт/см' (точка D, рис. 3) и большим содержанием метана (до 13%). Для обеих серий существует опти-

малыше значение температуры подложки, при котором рост АП происходит с наибольшей скоростью. За счет получения высокого удельного энерговклада (в точке D, рис. 3) удалось повысить концентрацию атомарного водорода у поверхности подложки, и достичь довольно высокой скорости роста более 32 мкм/час при хорошем качестве CVD алмаза.

В разделе 4.3 приведены исследования роста и свойств монокристаллических АП при высоком удельном энерговкладе в плазму СВЧ разряда. Описано использование двух методов увеличения удельного энерговклада: (а) работа при относительно высоком газовом давлении (до 210 Topp) и (б) использование трапециевидного подложкодержателя (см. раздел 4.1), создающего усиление поля (при умеренном газовом давлении).

Эксперименты по осаждению монокристаллического CVD алмаза при одинаковом давлении газа, но разном энерговкладе (точках А и В на рис. 3), показали, что скорость роста образца 1 (5 мкм/ч) выше, чем у образца 3 (1.5 мкм/ч), хотя рост этих образцов происходил при одинаковом содержании метана 4%. В случае осаждения образца 3 при большем удельном энерговкладе 150 Вт/см3 (точка В) образовывалась высокая концентрация атомов водорода, которые интенсивно выгравливали атомы углерода с поверхности алмаза [16].

Результат сравнения роста монокристаллического алмаза при параметрах, обозначенных точками С и D, рис. 3, показывает, что при одинаковом удельном энерговкладе 200 Вт/см3 скорость роста была выше при более высоком давлении газа. Эксперименты проводились при различном содержании метана (4% и 8%) в конфигурациях с плоским и трапециевидным подложкодержателями. При содержании метана 4% и 8% скорость роста для давления 210 Topp и плоского подложкодержателя приблизительно в 1.4 раза выше, чем для трапециевидного подложкодержателя и давления 145 Topp. Отметим, газовое давление, при котором проводились эти эксперименты, отличалось в 1.45 раза. По-видимому, разница в скоростях роста может быть объяснена, как в работе [11], тем, что концентрации атомарного водорода и радикала СН3 у поверхности подложки при большем давлении газа пропорционально выше, чем при меньшем давлении.

В разделе 4.4 описано исследование параметров СВЧ разряда при высоком удельном энерговкладе и объяснение результатов роста CVD алмаза. Измерена температура газа, относительная концентрация атомарного водорода и отношения интенсивностей линий LsILb разряде в условиях с высоким удельным энерговкладом, при которых проводилось выращивание АП. Измерения температуры газа для двух конфигураций подложкодержателя (плоского и трапециевидного) показали, что, значение температуры газа составляет 3300-3400К, и остается приблизительно неизменным в широком

диапазоне давления газа (90-210 Topp) для обеих конфигураций подложко-держателя.

В широком диапазоне давлений (80-250 Topp) относительная концентрация атомарного водорода линейно зависит от давления газа. В случае использования плоского подложкодержателя относительная концентрация [Н] выше, чем при использовании трапециевидного. Концентрация [Н] определяется балансом наработки и потерь атомарного водорода. По всей видимости, при увеличении удельного энерговклада методом увеличения давления газа, скорость наработки водорода возрастает быстрее, чем скорость потерь, что ведет к росту [Н].

Материалы, изложенные в четвертой главе диссертации, опубликованы в работах [2А, 4А, 16А-18А, 20А, 23А].

Глава 5 посвящена исследованию импульсно-нериодического режима поддержания СВЧ разряда и характеристик выращиваемых в нем поли-и монокристаллических АП.

В разделе 5.1 приведены результаты исследования роста и свойств поликристаллических АЛ в импульсно-периодическом режиме поддержания СВЧ разряда (как предваряющие соответствующие исследования монокристаллических АП). В параграфах 5.1.1, 5.1.2 и 5.1.3 описаны исследования получения поликристаллических АП при различной средней мощности СВЧ излучения 1,5, 3 и 2 кВт, соответственно. Рис. 4 иллюстрирует, что и скорость роста, и однородность кристаллического качества каждой из пленок из серии со средней мощностью 2 кВт зависит от частоты повторения импульсов. Максимум скорости роста - около 2,5 мкм/ч - приходится на частоту повторения 250 Гц. Качество образца, выращенного при частоте 250 Гц, также оказалось наилучшим: ширина алмазного пика в раманов-ском спектре чуть более 2 см'1, что близко к характерному значению для

т 1 1 1 i 1 I—'—I—'—г—1 и —i—i—i—>—i—■—i—i—г

о 100 20u 300 400 500 0 100 200 300 400 500

Р.ГЦ Р.ГЦ

а 6

Рис. 4. Зависимость скорости роста (а) и качества (FWHM алмазного пика в рама-новских спектрах) (б) иоликристаллических АП от частоты следования СВЧ импульсов при средней мощности СВЧ излучения 2 кВт и содержании метана 4%.

монокристаллического алмаза [17]. Такой результат является достаточно интересным, поскольку, как правило, при росте CVD алмаза качество ухудшается с увеличением скорости роста. Подробно это будет обсуждаться в разделе 5.3.4.

В параграфе 5.1.4 приведены результаты выращивания поликристаллической алмазной пластины толщиной приблизительно i мм диаметром 40 мм со средней скоростью роста 1.3 мкм/час. Измерение диэлектрических потерь алмазного диска (на частоте 100^-350 ГГц) показало, что в исследуемом диапазоне длин волн значение тангенса угла потерь составляет /0°, что позволяет использовать пластину такого качества для выходных окон мощных СВЧ приборов.

В разделе 5.2 приведены результаты исследования роста и свойств монокристаллических АП в импульсно-периодическом режиме поддержания СВЧ разряда. Проведено гомоэнитаксиальное осаждение монокристаллических АП в импульсно-периодическом режиме при частотах 150 и 250 Гц. При частоте повторения импульсов 150 Гц был выращен монокристаллический алмаз высокого качества с высокой скоростью 22 мкм/ч (содержание азота в монокристаллических образцах было ниже, чем 1 ррт), рис. 5 и рис. 6. Сравнение роста монокристаллических АП (при одинаковом удельном энерговкладе 200 Bt/cmj) в непрерывном и импульсно-периодическом режимах работы СВЧ реактора показало, что скорость роста монокристаллических АП в импульсно-периодическом режиме выше, чем в непрерывном. Объяснение эффекта увеличения скорости роста в импульсно-периодическом режиме приведено в параграфе 5.3.4.

Р. Topp

Рис. 5. Зависимость скорости роста монокристаллических АП от давления газа для непрерывного и импульсно-периодического режимов при удельном энерговкладе 200 Вт/см3, содержание метана 4% (кружки) и 8% (треугольники).

Рис. 6. Оптическая фото1рафия монокристаллической АП (образец 6р, скорость роста 12 мкм/ч) после процесса осаждения в импульсно-периодическом режиме, частота повторения импульсов 150 Гц, давление 260 Topp.

2400 -

2000-

Т"

"Т

1 I ' I '

0 1 2 3 4 5 6 7 МС

Рис. 7. Динамика температуры газа при частоте повторения импульсов 100 Гц, скважности 2, СВЧ мощности 2 кВт, содержании метана 4%.

В разделе 5.3 описано исследование параметров импульс-но-периодического СВЧ разряда в водород-метановой газовой смеси. В параграфе 5.3.! приведены результаты измерений температуры газа: как изменения в течение импульса, рис. 7, так и зависимости усредненного за период значения от частоты повторения импульсов. В параграфе 5.3.2 описано исследование динамики СВЧ разряда: временных зависимостей интенсивностей излучения различных линий и их отношений

для различных частот повторения импульсов. В параграфе 5.3.3 описано исследование пространственного распределения активных радикалов в плазме СВЧ разряда. В параграфе 5.3.4 представлен метод травления графита для измерения относительной концентрации атомарного водорода у поверхности АЛ. Суть метода заключается в травлении графитовой подложки, расположенной в СВЧ реакторе на месте кремниевой подложки, на которой проводится рост алмаза. Относительная величина концентрации атомарного водорода у поверхности подложки определяется по результатам измерения уменьшения массы подложки и определения скорости травления графита при работе реактора в чистом водороде (без метана). Из рис. 8 видно, что наблюдается очень хорошая корреляция между скоростью роста АП и скоростью травления, причем максимум скорости травления приходится на ту же частоту повторения импульсов, что и для скорости роста АП, а именно 250 Гц. Этот эксперимент однозначно дает ответ на вопрос о повышении и скорости роста, и качества АП, выращенных при этой частоте, рис. 4. Из формулы для скорости

о о

® « « Скорость роста + + + Скорость травления

• 60

-40

-20

200

I

400

600

Рис. 8. Зависимость частоты следования СВЧ импульсов скорости роста АП в смеси Н2+СН4 (кружки) и скорости травления графита в чистом Н2. Средняя мощность СВЧ излучения 2 кВт, скважность 2, давление 160 Topp (импульсно-периодический режим) и 120 Topp (непрерывный режим).

роста (1) и графиков на рис. 4 следует, что при частоте 250 Гц концентрация атомарного водорода [H]sur - максимальна, по сравнению другими частотами. Как следует из формулы (1), существенно повысить и скорость роста, и качество можно, если и [СН3]5Ш., и [H]sur сильно увеличатся. Однако, гораздо важнее обеспечить большую концентрацию [H]sur, чем [CH3]sur. Поскольку, как это отмечается, например, авторами [6], концентрацию [CH3]sur всегда можно поднять (до определенных пределов), увеличивая содержание СН4 в рабочей газовой смеси. По-видимому, результаты по выращиванию монокристаллического алмаза в импульсно-периодическом режиме, рис. 5, могут быть объяснены таким же образом, как и результаты роста поликристаплического алмаза. То есть, для подложек диаметром несколько миллиметров (что характерно для роста монокристаллического алмаза), при высоком давлении 250-260 Topp, концентрация [H]sur при частоте повторения 150 Гц больше, чем при частоте 250 Гц.

Материалы, изложенные в пятой главе диссертации, опубликованы в работах [5А, 9А, 12А, 14А, 15А, 20А].

Глава 6 посвящена применениям монокристаллических алмазных образцов, которые были выращены с использованием новых знаний о процессе CVD роста АП, полученных в предыдущих главах диссертации. Рассмотрены три примера, отражаюхцие современные тенденции применения монокристаллического алмаза, связанные с электроникой и оптикой.

В разделе 6.1 описан рост монокристаллического алмаза высокого качества на подложках из природного алмаза типа IIa. Приведены результаты исследования свойств выращенных монокристашшческих слоев методами рамановской спектроскопии, оптической и электронной микроскопии, катодолюминесценции. Описан процесс легирования полученного CVD алмазного материала бором методом ионной имплантации. Приведены результаты исследования электрофизических характеристик полученных легированных монокристаллов. При уровне легирования ионами бора 5ТО14 см'" получены качественные слои р-типа с подвижностью 1150 см2/В-с.

В разделе 6.2 описано исследование получения алмазных подложек, состоящих из соединенных (в процессе CVD роста) между собой участков поли- и монокристаллических АП, рис. 9. Приведены результаты зпитакси-ального роста алмазных пленок на таких комбинированных подложках, содержащих участки ноликристаллического и монокристаллического CVD алмаза с ориентацией (100). Изложены результаты получения комбинированной алмазной подложки диаметром 25 мм и толщиной 1 мм, пригодной для ее тиражирования и для создания полупроводниковых приборов на участках монокристаллического CVD алмаза.

В разделе 6.3 изложены результаты роста монокристаллического алмаза относительно большой площади (размером 7*8 мм) и толщиной 1.3 мм на составной затравочной подложке, состоящей из четырех монокристаллических алмазных пластин.

Рис. 9. Комбинированная подложка после процесса сращивания поли-и монокристалличеекого алмаза (а) и один из монокристаллов алмаза (б).

Описаны результаты применения этого монокристалла большой площади в качестве детектора УФ излучения, демонстрирующего высокую чувствительность.

Материалы, изложенные в шестой главе диссертации, опубликованы в работах [6А-8А, 21А, 22А].

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Основные результаты диссертационной работы

1. Установлено, что в плазмохимическом СВЧ реакторе при поддержании плазмы в водород-метановой смеси скорость роста алмазных пленок коррелирует с отношением интенсивностей линий радикала СН (переход А'Л-Х'П, длина волны 431 нм) и атомарного водорода (линии Нц, Нр, Ну серии Бальмера) /о//я- Отношение интенсивностей линий 1аДн является параметром, позволяющим контролировать процесс осаждения алмазных пленок, и сравнивать скорости роста в различных режимах работы СВЧ реактора на основе объемного резонатора.

2. Предложен и апробирован метод измерения концентрации атомарного водорода у поверхности алмазных пленок. Суть метода заключается в травлении графитовой подложки, расположенной в СВЧ реакторе па месте кремниевой подложки, на которой проводился рост алмаза. Величина относительной концентрации атомарного водорода у поверхности подложки определяется по результатам измерения уменьшения массы подложки и определения скорости травления графита при работе реактора в чистом водороде (без метана). Метод применим для выбора условий роста алмазных пленок в СВЧ реакторах, а также для сравнения различных реакторов.

3. Исследована динамика температуры газа в импульсно-периодическом СВЧ разряде, поддерживаемом в реакторе в смеси Н2+СИ4 в

диапазоне частот повторения импульсов 50-500 Гц при скважности 2. Показано, что при одинаковой средней мощности, поглощающейся в разряде, максимальная температура газа в течение СВЧ импульса возрастает с уменьшением частоты повторения импульсов. Такая зависимость температуры газа соответствует зависимости средней (за период) интенсивности радикала С2 (516.5 нм) от частоты повторения импульсов.

4. В непрерывном режиме поддержания плазмы в плазмохимическом СВЧ реакторе на частоте 2,45 ГГц исследовано гомоэпитаксиальное выращивание монокристаллических алмазных пленок при высоком удельном энерговкладе в плазму в диапазоне от 80 до 200 Вт/см3. Исследованы различные методы повышения удельного энерговклада: (1) получение плазмы при относительно высоком давлении газа без усиления электрического поля; (2) использование локального усиления электрического поля на подложках выпуклой формы. Установлено, что скорость роста монокристаллических алмазных пленок увеличивается с повышением удельного энерговклада в плазму, и при одинаковом удельном энерговкладе их скорость роста выше при более высоком давлении газа при сохранении качества алмазных пленок. Разница в скоростях роста связана с тем, что концентрации радикалов [СН3] и [Н] у поверхности подложки при большем давлении газа пропорционально выше, чем при меньшем давлении.

5. В импульсно-периодическом режиме поддержания плазмы в плазмохимическом СВЧ реакторе на частоте 2,45 ГГц проведено гомоэпитаксиальное осаждение монокристаллических алмазных пленок при частоте повторения импульсов 150 и 250 Гц и скважности 2. Найдены условия работы реактора, обеспечивающие скорость роста монокристаллических алмазных пленок равную 22 мкм/ч при малом содержании азота в выращенных образцах на уровне 1 ррт. Проведено сравнение роста монокристаллических алмазных пленок в импульсно-периодическом и непрерывном режимах при одинаковом удельном энерговкладе 200 Вт/см3. Показано, что при одинаковом удельном энерговкладе скорость роста монокристаллических алмазных пленок выше при более высоком давлении газа, достигающемся в импульсно-периодическом режиме.

6. Установлено, что в импульсно-периодическом режиме поддержания плазмы в плазмохимическом СВЧ реакторе существует оптимальная частота повторения импульсов, при которой и скорость роста, и качество монокристаллических алмазных пленок выше, чем при остальных частотах (при одинаковой средней мощности). Показано, что причиной этого является увеличение приповерхностной концентрации атомарного водорода. Значение частоты повторения импульсов, при которой имеет место максимум, зависит от геометрии реактора, давления газовой смеси, удельного энерговклада в плазму, а также размера подложки, па которой происходит рост алмазных пленок. Для СВЧ реактора на основе объемного резонатора, воз-

буждаемого на моде ТМщз, для подложек диаметром 20-40 мм оптимальная частота повторения импульсов равна 250 Гц.

7. В плазмохимическом СВЧ реакторе найдены условия гомоэпитак-сиального осаждения монокристалличсских алмазных слоев высокого качества. На монокристаллических подложках из природного алмаза типа На синтезированы монокристаллические слои CVD алмаза с качеством, превышающим качество подложки, ориентации (100). В найденных режимах осаждения монокристаллического CVD алмаза:

выращены монокристаллы толщиной от 100 до 350 мкм, при легировании которых бором методом ионной имплантации, получен полупроводниковый алмаз с подвижностью ионов 1150 см2/В-с;

выращен монокристалл размером 7*8 мм и толщиной 1.3 мм на мозаичной подложке, состоящей из четырех алмазных монокристаллов. На его основе создан детектор УФ излучения, демонстрирующий высокую чувствительность.

8. В плазмохимическом СВЧ реакторе проведено исследование: (а) получешш алмазных подложек, в которых моно- и поликристаллический CVD алмаз образуют единую пластину, и (б) эпитаксиального роста алмазных пленок на таких комбинированных подложках, содержащих участки поликристаллического и монокристаллического CVD алмаза с ориентацией (100). Определены условия в реакторе, при которых происходит осаждение моно- и поликристаллических алмазных пленок высокого качества с примерно одинаковой скоростью роста. Получена комбинированная алмазная подложка диаметром 25 мм и толщиной 1 мм, пригодная для ее тиражирования и для создания полупроводниковых приборов на участках монокристаллического CVD алмаза.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1А. Горбачев A.M., Мучников А.Б., Вихарев А.Л., Радищев Д.Б., Колданов В.А., Плазмохимнческие процессы с участием углеродосодержащих соединений в непрерывном СВЧ разряде // Физика плазмы, (2007), т. 33(10), с. 948

2А. Вихарев А.Л., 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), №10-11, с.1009

ЗА. Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Kozlov A.V., Radishev D.B., Muchnikov А.В., Microcrystalline diamond growth in presence of argon in millimeter wave plasma-assisted CVD reactor // Diamond and Related Materials, (2008), т. 17, с. 1055

4A. Muchnikov А.В., Vikharev A.L, Gorbachev A.M., Radishev D.В., Blank V.D., Terentiev S.A., Homoepitaxial single crystal diamond growth at different gas pressures and MPACVD reactor configurations // Diamond and Related Materials, (2010), т. 19, с. 432

5A. Muchnikov А.В., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Radishev D.B., Comparative study of homoepitaxial single crystal diamond growth at continuous and pulsed mode of MPACVD reactor operation //Diamond and Related Materials, (2011), т. 20, с. 1225

21

6А. Ratnikova A.K., Dukhnovsky M.P., Fedorov Yu.Yu., Zemlyakov V.E., Muchnikov

A.В., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Radishev D.B., Altukhov A.A., Mitenkin A.V., Ho-moepitaxiai single crystal diamond grown on natural diamond seeds (type Ha) with boron-implanted layer demonstrating the highest mobility of 1150 cm2/Vs at 300K for ion-imp lantcd diamond // Diamond and Related Materials, (2011), т. 20, с. 1243

7A. Алтухов A.A., Вихарев А.Л., Горбачев A.M., Духновский М.П., Земляков

B.Е., Зяблюк К.И., Митенкин А.В., Мучников А.Б., Радищев Д.Б., Ратникова А.К., Федоров Ю.Ю., Исследование свойств монокристаллического алмаза, выращенного из газовой фазы на подложках из природного алмаза // Физика и техника полупроводников, (2011), т. 45(3), с. 403

8А. Вихарев А.Л., Горбачев A.M., Духновский М.П., Мучников А.Б., Ратникова А.К., Федоров Ю.Ю., Комбинированные подложки из поли- и монокристаллического CVD алмаза для алмазной электроники // Физика и техника полупроводников, (2012), т. 46(2), с. 274

9А. Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Muchnikov A.B., Radishev D.B., Kopelovic'n E.A. and Troitskiy M.M., Investigation of optimized parameters of MPACVD rcactor operation in the pulsed mode // Journal of Physics D: Applied Physics, (2012), т. 45, с. 395202

10A. Горбачев A.M., Колданов B.A., Мучников А.Б., Вихарев A.JI., Радищев Д.Б., 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.217-220

11А. Gorbachev A.M., Muchnikov А.В., 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), T.2, c.762-766

12A. Koldanov V.A., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Muchnikov А.В., 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), т.2, c.767-772

13A. Gorbachev A.M., Muchnikov А.В., Vikharev A.L., Radishev D.B., Koldanov V.A., Hydrocarbon kinetics during CVD diamond growth // Proceedings of the 5th International Workshop "Microwave discharges: fundamentals and applications." Ed. Yu. A. Lebedev, (2006), c.303-308

14A. 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 5th International Workshop "Microwave discharges: fundamentals and applications." Ed. Yu.A. Lebedev, (2006), c.291-295

15A. Горбачев A.M., Мучников А.Б., Вихарев А.Л., Радищев Д.Б., Исследование динамики радикалов в импульсно-периодическом СВЧ разряде, поддерживаемом в газовой смеси Н2+СН4 // Труды Всероссийской конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2007, Петрозаводск, (2007), т.1, с. 32

16А. Вихарев А.Л., 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 элекгроники и микрофотоники) и XX Международного симпозиума "Тонкие пленки

в электронике", Ред. А.Ф. Белянин, Ю.В. Панфилов, М.И. Самойпович, Москва, (2007), с. 374

17А. Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Muchnikov А.В., Radishev D.B., Effect ofhigh microwave specific power on MPACVD growth of single crystalline diamond tayers // Proceedings of the 7th International Workshop "Strong microwaves: sources and applications." Ed. A.G. Litvak, Nizhny Novgorod, (2009), c.572-576

18 A. Vikharev A. L, Gorbachev A.M., Kozlov A.V., Radishev D.В., Muchnikov A.B., Nano- and microcrystalline diamond growth in millimeter wave CVD reactor // Proceedings of the 7th International Workshop "Strong microwaves: sources and applications." Ed. A.G. Litvak, Nizhny Novgorod, (2009), c.454-464

19A. Вихарев А.Д., Горбачев A.M., Козлов A.B., Литвак А.Г., Мучников А.Б., Овечкип Н.М., Радищев Д.Б., CVD-технология высокоскоростного выращивания нано- и ноликрксталлического алмаза // Труды Второго Международного форума по нанотехнологиям, (2009), с.452-453

20А. Muchnikov А.В., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Radishev D.В., Homoepitaxi-al single crystal diamond growth at different synthesis parameters // Proceedings of the 8th International workshop "Strong microwaves and terahertz waves: sources and applications", Nizhny Novgorod, (2011), c.283-284

21 A. Vikharev A.L„ Gorbachev A.M., Dukhnovsky M.P., Muchnikov А.В., Ratnikova A.K., Fedorov Yu.Yu., Characteristic features of epitaxial growth of CVD diamond films by microwave plasma-assisted chemical vapor deposition on various substrates // Proceedings of (he 8th International workshop "Strong microwaves and terahertz waves: sources and applications", Nizhny Novgorod, (2011), c.305-306

22A. Dukhnovsky M.P., Ratnikova A.K., Fedorov Yu. Yu. Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Muchnikov A.B., Study of the processes of ion boron doping and high-temperature annealing of epitaxial CVD diamond films grown by microwave plasma-assisted chemical vapor deposition // Proceedings of the 8th International workshop "Strong microwaves and terahertz waves: sources and applications", Nizhny Novgorod, (2011), c.297-298

23A. Вихарев А.Л., Горбачев A.M., Мучников А.Б., Радищев Д.Б., Исследование газофазного синтеза ноли- и монокристаллических алмазных пленок в плазме СВЧ разряда // препринт №739, Российская академия наук, Институт прикладной физики, Нижний Новгород, (2007)

Литература

1. Дерягин Б.В., Федосеев Д.В. //Рост алмаза и графита из газовой фазы М.: Наука, (1980)

2. Spitsyn В.V., Bouilov L.L., Deijagin B.V. // J. Cryst. Growth, (1981), т. 52, с. 219-226

3. Kamo M., Sato Y., Matsumoto S., Setaka N. // J. Cryst. Growth, (1983), т. 62, с. 642-644

4. May P.W. //Phil. Trans. R. Soc. Lond. A (2000), т. 358, с. 473-495

5. Kobashi К. /7 Diamond films. Chemical vapor deposition for oriented and hete-roepitaxial growth, Elsevier, Amsterdam, (2005)

6. Hassouni K., Silva F., Gicquel A. // J. Phys. D: Appl. I'hys. (2010) т.43, с. 153001

7. Butler J.E., Mankelevich Y.A., Cheesman A., Ma J., Ashfold M.N.R. Hi. Phys.: Condens. Matter (2009) т. 21, с. 36420!

8. Gu Y., Lu J., Grotjohn Т., Schuelke Т., Asmussen J. // Diamond Relat. Mater., (2012), т. 24, c. 210

9. Mankelevich Y.A., Ashfold M.N.R., Ma J. // J. Appl. Phys. (2008) т. 104, с. 113304

10. Колданов В. А., Горбачев А. М., Вихарев A. JI., Радищев Д. Б. // Физика плазмы (2005), т. 31, с. 1038

11. Achard J., Silva F., Tallaire A., Bonnin X., Lotnbardi G., Hassouni K., Gicquel A. // J. Phys. D: Appl. Phys. (2007) т. 40, c. 6175

12. Yamada H., Chayahara A., Mokuno Y. // Jpn. J. Appl. Phys. (2006) т. 45, N.lOB.c. 8177

13. Вихарев A.Jl., Горбачев A.M., Колданов B.A., Радищев Д.Б. // Физика плазмы (2005) т.31, с. 376

14. Sussmann R.S. // CVD Diamond for Electronic Devices and Sensors, (2009), John Wiley&Sons

15. Koizumi S., Nebel C., Nesladek M. // Physics and Applications of CVD Diamond, (2008), Wiley-VCH

16. Battaile C.C., Srolovitz D.J., Oleinik I.I., Pettifor D.G., Sutton A.P., Harris S.J., Butler J.E. // J. Chem. Phys. (1999) т. 111, № 9, с. 4291

17. Zaitsev A.M. // Optical properties of diamond: A Data Handbook, Springer, Berlin, (2001)

Мучников Анатолий Борисович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ И УСЛОВИЙ ПОД-ДЕРЖАНИЯ ПЛАЗМЫ СВЧ РАЗРЯДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ ПЛЕНОК, ОСАЖДАЕМЫХ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

Автореферат

Подписано к печати 23.01.2013. Формат 60 х 90 '/]6. Бумага офсетная № I. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 5(20)3).

Отпечатано па ризографе в типографии Института прикладной физики РАН 603950 Н. Новгород, ул. Ульянова, 46