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系統識別號 U0002-2906200609033400
中文論文名稱 複合加工法快速拋光化學氣相沉積鑽石薄膜之研究
英文論文名稱 Development of a hybrid process for rapid planarization of CVD diamond film
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 簡川于
研究生英文姓名 Chuan-Yu Chien
學號 693340134
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-05-18
論文頁數 69頁
口試委員 指導教授-趙崇禮
委員-劉道恕
委員-陳大同
委員-馬廣仁
委員-楊耀波
中文關鍵字 化學氣相沉積鑽石薄膜  反應離子蝕刻  熱化學拋光 
英文關鍵字 chemical vapor deposition  reactive ion etching  thermal-chemical polishing 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 鑽石擁有最高的硬度、最高的熱傳導率和低化學活性等特性,使其成為工程上最重要的材料之一。目前使用化學氣相沉積法(CVD)製造高品質石薄膜。但CVD鑽石薄膜有兩項主要的缺點:一個是成長的速度相當緩慢,另一個則是出成膜的表面太粗糙,而粗糙的表面限制了鑽石薄膜在各方面的應用。本研究是藉由反應離子蝕刻( RIE)和熱化學拋光來改善CVD鑽石薄磨的表面粗糙度。將鑽石薄膜表面蝕刻後再以熱化學來拋光CVD鑽石膜,並探討平面熱化學拋光與使用RIE後再以熱化學拋光的比較,最後以α-STEP、拉曼光譜及掃描式電子顯微鏡( SEM)觀察鑽石加工表面形貌變化。研究結果發現使用RIE確實可以將CVD鑽石薄膜表面蝕刻且弱化,縮短熱化學拋光的拋光時間。過程中涉入的可能機制也同樣被研究。
英文摘要 Diamond is one of the most important engineering materials for its extreme hardness, high thermal conductivity value and chemical inertness It is now rather common using chemical vapor deposition technique to produce high quality diamond film However, the slow growth rate and rough as-grown surface have limited many potential applications of CVD diamond This research aimed to improve the surface roughness of CVD diamond film by reactive ion etching (RIE) and thermal-chemical polishing Scanning electron microscope, micro-Raman spectroscopy and α-Step were used to study the surface morphology before and after the RIE/polishing processes The results showed that RIE could effectively shorten the processing time needed to polish the CVD diamond film by weakening its surface structure The possible mechanisms involved in the process were also studied.
論文目次 中文摘文Ⅰ
英文摘要Ⅱ
致謝Ⅲ
目錄Ⅴ
表目錄Ⅷ
圖目錄Ⅸ
1 序論
1-1 前言01
1-2 研究背景05
1-3 研究動機與目的06
2 文獻回顧
2-1 拋光機制08
2-1-1 微裂09
2-1-2 石墨化09
2-1-3 汽化10
2-1-4 濺射10
2-1-5 化學反應10
2-2 拋光方法11
2-2-1 機械式拋光11
2-2-2 化學輔助機械式拋光與平坦化12
2-2-3 熱化學拋光13
2-2-4 雷射表面改善15
2-2-5 離子束拋光17
2-2-6 反應式離子蝕刻法18
3 實驗原理
3-1 電漿生成原理21
3-2 RIE蝕刻原理21
3-2-1 電漿蝕刻21
3-2-2 濺擊蝕刻22
3-3 熱拋理論分析22
3-3-1 碳-過渡金屬間反應機構23
3-3-2 擴散機構24
4 實驗方法與設備
4-1 實驗設計28
4-2 實驗設備28
4-2-1 RIE加工系統28
4-2-2 平面拋光29
4-2-3 分析檢測儀器30
4-3 實驗流程33
4-3 實驗步驟34
5 結果與討論36
5-1 RIE實驗結果及分析36
5-2 RIE混合參數實驗45
5-3 鑽石薄膜平面拋光實驗50
5-4 RIE+平面熱拋機制探討62
6 結論63
參考文獻64
附錄A 鑽石薄膜與類鑽碳之特性比較68
附錄B Raman Table69

表目錄
表1-1 CVD鑽石之各項運用與表面粗度之關係04
表3-1 碳與鐵之擴散資料26
表4-1 第一部份RIE在不同的氣體下的實驗參數34
表4-2 第二部份RIE混合參數實驗34
表4-3 鑽石薄膜平面拋光實驗35

圖目錄
圖1.1 鑽石電容器示意圖02
圖1.2 使用於X光微影之鑽石罩幕03
圖1.3 切光纖的鑽石刀片03
圖1.4 晶片之散熱片04
圖1.5 鑽石表面聲波濾波器04
圖1.6 工業化國家工業鑽石用量之成長趨勢..05
圖2.1 CAMPP示意圖13
圖2.2 熱化學拋光原理示意圖14
圖2.3 雷射拋光示意圖15
圖2.4 反應離子刻蝕反應腔剖面示意圖19
圖3.1 化學勢能圖24
圖3.2 原子由格隙位置1移動至2須克服活化能Q25
圖4.1 RIE反應主機及RF generator28
圖4.2 供氣設備29
圖4.3 半圓式紅外線加熱器29
圖4.4 掃描式電子顯微鏡 HITACHI S3000N 型30
圖4.5 α-Step31
圖4.6 Rnishow 公司出品的RAMAN檢測儀器32
圖5.01 RIE O2 50 sccm蝕刻15分鐘後表面形貌及表面粗糙度之
分析37
圖5.02 RIE O2 50 sccm蝕刻25分鐘後表面形貌、RAMAN光譜及
表面粗糙度分析38
圖5.03 RIE O2 50 sccm,CF4 10 sccm蝕刻15分鐘後表面形貌、
RAMAN光譜及表面粗糙度分析40
圖5.04 RIE O2 50 sccm,CF4 10 sccm蝕刻25分鐘後表面形貌、RAMAN光譜及表面粗糙度分析41
圖5.05 RIE O2 50 sccm,SF6 10 sccm蝕刻15分鐘後表面形貌、RAMAN光譜及表面粗糙度分析43
圖5.06 RIE O2 50 sccm,SF6 10 sccm蝕刻25分鐘後表面形貌、RAMAN光譜及表面粗糙度分析44
圖5.07 RIE O2 50 sccm蝕刻25分鐘後再以O2 50 sccm,CF4 10
sccm蝕刻15分鐘後表面形貌及RAMAN光譜46
圖5.08 RIE O2 50 sccm蝕刻25分鐘後再以O2 50 sccm,CF4 10
sccm蝕刻15分鐘後表面形貌及RAMAN光譜47
圖5.09 RIE O2 50 sccm蝕刻25分鐘後再以O2 50 sccm,SF6 10
sccm蝕刻15分鐘後表面形貌及RAMAN光譜49
圖5.10 RIE O2 50 sccm蝕刻25分鐘後再以O2 50 sccm,SF6 10
sccm蝕刻25分鐘後表面形貌及RAMAN光譜49
圖5.11平面研磨30、60、120分鐘之表面形貌分析51
圖5.12平面研磨 60分鐘之表面形貌及表面粗糙度分析53
圖5.13 RIE-O2 (50sccm, 200W) +平面拋光 60分鐘之表面形貌及
表面粗糙度分析54
圖5.14 RIE- O2/CF4 (50/10sccm, 200W) +平面拋光 60分鐘之表面
形貌及表面粗糙度分析55
圖5.15 RIE-O2 (50sccm, 200W) +平面拋光 60分鐘之表面形貌及
表面粗糙度分析57
圖5.16 RIE- O2/CF4 (50/10sccm, 200W) +平面拋光 60分鐘之表
面形貌及表面粗糙度分析58
圖5.17 RIE-O2 (50sccm, 200W) +平面拋光 60分鐘之表面形貌及
表面粗糙度分析60
圖5.18 RIE- O2/CF4 (50/10sccm, 200W) +平面拋光 60分鐘之表面
形貌及表面粗糙度分析61
圖5.19 RIE+平面研磨示意圖62

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