Плазмохимический синтез композита «алмаз – β-SiC» в газовой смеси H2-CH4-SiH4 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Плазмохимический синтез композита «алмаз - ß-SiC» в газовой смеси H2-CH4-SiH4

Мартьянов А.К., Седов В.С., Хомич А.А.

ЦЕНИ, ОСПЯ, лаборатория алмазных материалов

Е-mail: art. martyanov@gmail. com Введение

Композит алмаз/карбид кремния состоит из двух широкозонных полупроводников, каждый из которых обладает превосходными термическими, электронными, оптическими и механическими свойствами, и представляет интерес для ряда применений, таких как сверхтвердый режущий инструмент [1], теплоотводы с настраиваемым коэффициентом теплового расширения для мощных электронных устройств [2], автоэлектронная эмиссия [3], селективная абсорбция белка в медицинских применениях [4]. Центры окраски как в алмазе [5], так и в SiC [6] могут использоваться в качестве однофотонных источников излучения, поэтому такие композиты также представляют интерес для квантовых информационных технологий.

Существуют различные способы синтеза композита алмаз/SiC, материал высокого структурного качества на данный момент удалось получить методом CVD с использованием тетраметилсилана в качестве источника кремния [7]. Однако использование такого прекурсора ограничивает диапазон возможных концентраций кремния по отношению к углероду в плазме. Другим источником примеси может выступать силан, который не имеет подобных недостатков, однако необходимо установить параметры роста (концентрации газов, температура и давление), которые бы способствовали одновременному соосаждению двух фаз.

Экспериментальная часть

Соосаждение алмаза и карбида кремния (SiC) осуществлялось в СВЧ плазме в газовой смеси H2-CH4-SiH4 на монокристаллические Si подложки. Перед осаждением подложки засеивались частицами наноалмаза. Процесс осаждения проводился при давлении 60-80 torr, мощности СВЧ 2.84.5 kW, общем расходе газа 500 st. cm3/min, температуре подложки 750-875°C, концентрации силана SiH4/CH4 =

10-20% и метана СН4/Н2 = 4%. Время осаждения варьировалось от 5 до 100 часов. Регулировкой параметров роста удалось обеспечить практически равные скорости осаждения фаз алмаза и SiC (~0,3 цтЖ).

Результаты и обсуждение

Изображения СЭМ поперечного сечения полученного композита общей толщиной 12,6 цт показаны на рис. 1.

(а) ß-sic BSE

ЪШ^Ф- *V 4

алмаз

Рис. 1. Изображение СЭМ поперечного сечения композита SiC-алмаз на Si подложке в режиме BSE (а) и EDX (б)

Изображение (а) получено в режиме обратно рассеянных электронов для визуализации контраста различных фаз, (б) элементный анализ. В верхней части алмазной плёнки обнаружено присутствие кристаллитов SiC.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-29-11023.

1. V.V. Srikanth, X. Jiang, A. Köpf, Deposition. Surf. Coat. Technol. 2010, 204, 2362-2367.

2. S.K. Gordeev, S.G. Zhukov, L.V. Danchukova, T.C. Ekstrom. Inorg. Mater. 2001, 37, 579-583.

3. H. Zhuang, L. Zhang, T. Staedler, X. Jiang. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 193102.

4. T. Wang, S. Handschuh-Wang, Y. Yang, et al. Langmuir. 2014, 30, 1089-1099.

5. I. Aharonovich, E. Neu. Adv. Opt. Mater. 2014, 2, 911-928.

6. A. Lohrmann, T.J. Karle, V.K. Sewani et al. ACS Photonics. 2017, 4, 462-468.

7. X. Jiang, C.-P. Klages. Appl. Phys. Lett. 1992, 61, 1629-1631.