這個章節將分成兩個部份來作介紹：首先介紹實驗的設計流程圖，接著針對所使用 的製程和分析儀器作簡單的介紹。
3-1 實驗設計流程圖
實驗總共分為兩個部份，有分別的實驗流程以及實驗步驟。
3-1-1 氮氣的影響之實驗流程
在這個實驗內，主要分為兩次的成長。分別討論氮氣對於平板狀鑽石的影響。圖3-1 為 簡單的實驗流程圖。
圖3-1 氮氣的影響實驗流程圖。
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3-1-3 高方向性(111)鑽石薄膜成長奈米平板鑽石之實驗流程
實驗所使用的基材為n-tpye Si (111)，片電阻值為 0.001~0.006ohm。實驗目標分成 兩個階段，首先在第一階段中必須先成長出一層高品質、高方向性的(111)面向鑽石薄 膜。第二階段將在此鑽石薄膜上面成長有規則性的平板鑽石並加以分析。圖3-1 為簡易 的實驗流程圖。
圖3-1 高方向性鑽石薄膜成長平板鑽石流程架構圖。
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3-2 製程設備
圖3-2，3-3 分別為所使用的兩台 MPCVD 機台。其製造商皆為 ASTeX 公司所開發 之鑽石薄膜沉積系統。主要的差別在於所能提供的功率大小不同。圖3-1 為 1.5kW，而 圖3-2 為 5kW。基本的結構有以下幾項：
1. 微波產生器(Microwave generator)：
主要的功用為產生微波，最大的使用功率可以加到1.5kW。經由磁控管(Magnetron)
5. 反應氣體輸送系統(Multi-Gas Controller)：
由 MKS 所製造的質量流量控制器(Mass Flow Controller)，使用多通道氣體流量計 (Multi-Gas meter)控制氣體的流量，使其依照輸入的流量準確的送入反應室以產生電 漿。這邊所使用的規格，直接的影響所能設計的參數。以本實驗室為例，其所能調整的 參數以0.2 為一個單位。才算是有效輸入。
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6. 壓力控制與真空系統(Pressure Controller And Vacuum System)：
壓力控制系統同樣為MKS 公司製造，利用控制碟形閥開啟的角度來調整壓力。真 空系統主要是由機械幫浦所主導，可以抽真空至0.01Torr 左右。
7. 偏壓裝置(Bias System)：
本實驗室有加設直流電源供應器(型號：LABORATORY DC power supply GPR 50H10D)，可提供最大電壓 450V。利用正負極反接的方式來提供負偏壓，可以增加鑽石 沈積密度且改善鑽石品質。
8. 冷卻系統(Cooling System)：
主要的功用在於帶在腔體因吸收電漿所產生的熱量，以維持反應腔壁的溫度。也能 維持磁控管(Magnetron)與動態負載(Dummy Load)的溫度，避免操作溫度過高造成機台 損壞。其冷卻系統的設定，在使用電漿時，設定持溫25℃﹔未使用電漿時，設定溫度為 20℃。
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圖3-2 ASTeX 1.5kW 實驗機台。
圖3-3 ASTeX 5kW 實驗機台。
Chamber
Microwave generator Circulator
Multi-Gas Controller
Pressure Controller
Mass Flow Controller
Microwave Power
Chamber
Circulator
Microwave generator
Microwave Power
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3-3 分析儀器與方法
3-3-1 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)
掃描式電子顯微鏡為本實驗中使用最頻繁的儀器。主要使用在觀察試片表面型態、
試片厚度量測、形成的顆粒尺寸大小以及密度等資訊。實驗所使用的SEM 機台為 JEOL JSM-6700F 場發射 SEM。觀測時需注意電子容易聚集在試片表面以及像差的問題。操作 電壓原設定為15 kV，可以改變此數值來減緩電子束聚集表面而造成拍攝不易的問題。 號。實驗的基板為 Si(111)，量測的範圍為 30°~90°。並使用國家實驗研究院-儀器科技 中心的SEIMENS D5000 XRD 系統作低掠角的量測。掃描的間隔皆為 0.1 度。需注意試 片表面清潔，以免量測出其它訊號。主要觀測訊號為(111)面向的鑽石訊號，訊號峰值出 現在43.9 度。
3-3-3 拉曼光譜儀(Raman Spectrum)
拉曼光譜儀是利用光學顯微鏡導入 Ar(514.5nm)類型的雷射光源。本實驗所使用的 是Micro 拉曼光譜儀(Horiba Jobin Yvon，型號：Labram HR 800)。測量前需先作校正，
並根據試片狀況進行Hole 以及 Filter 的調整。主要量測鑽石訊號，峰值會出現在 1330 cm-1 處。需注意石墨的峰值會出現在 1580 cm-1處。也可以透過所量測的光譜中得知所成長 的鑽石薄膜品質是否優良，以及是否含有其它碳物種。表3-1 列出一些較常見到的碳物 種。
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表3-1 不同碳物種的拉曼光譜表[47]。
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