氮化鋁在鑽石成長前後的性質變化

圖5.28 以不同濃度的奈米鑽石懸浮液 seeding 後再成長 8 小時之鑽石與 氮化鋁界面的 SEM 影像。奈米鑽石懸浮液之濃度分別為(A) 0.25 g/ml、(B) 0.5 g/ml、(C) 1 g/ml 以及(D) 2 g/ml。所對應之鑽石膜厚 度依序為(A) 700 nm、(B) 753 nm、(C) 946 nm 以及(D) 948 nm。

5.4.9 氮化鋁在鑽石成長前後的性質變化

利用當鑽石薄膜成長達到一定厚度後，可以 3M 膠帶將其由界面處剝離 的特性，藉此分析鑽石薄膜剝離後的氮化鋁薄膜，以了解氮化鋁在成長鑽 石膜前後的性質是否有所改變。

(1) 氮化鋁薄膜表面粗糙度的變化:

圖 5.29(A)為氮化鋁試片於鑽石成長前之表面粗糙度，圖(B)則為以試片

編號F-52 之參數條件以 MPCVD 成長 8 小時，再將鑽石膜剝離後所量測到 之AFM 結果。相較之下，鑽石膜剝離後的氮化鋁表面粗糙度幾乎沒有改變。

圖5.29 氮化鋁薄膜於 MPCVD 鑽石成長前後的 AFM 分析結果。(A) MPCVD 鑽石成長前，(B) MPCVD 成長鑽石 8 小時後，再將氮化

鋁薄膜上方之鑽石膜剝離。(掃描範圍: 3 μm × 3 μm)。

(2) 氮化鋁薄膜磊晶品質的變化

透過 XRD 分析氮化鋁(002)繞射訊號之 2θ 位置變化，可了解鑽石成長

對於氮化鋁薄膜之晶格常數及結構是否造成影響，故同樣以 XRD 進行量 測。由圖5.30(A)的量測結果可知，在成長鑽石之前，氮化鋁(002)繞射訊號 的2θ 值為 36.18°，而在成長 4 小時後與 8 小時(鑽石膜剝離)後，2θ 值分別 位移至 36.14°與 36.12°，其中 36.02°(垂直線處) 則是根據 JCPDS card

(#893446) 所得到之氮化鋁(002) 2θ 值。由於在鑽石成長前後氮化鋁(002)之 XRD 2θ 值皆大於 36.02°，並且隨成長鑽石的時間增加而越來越接近 36.02°，因此推測氮化鋁薄膜成長於矽基板上時，水平方向之拉伸應力的存

在使其c 軸平面間距受到壓縮，而在經 MPCVD 高溫製程(800 - 1000^°C)後，

可能使部分應力釋放，以至於XRD 量測到之(002) 2θ 值越來越接近 JCPDS card 之理論值。再者，根據 JCPDS card (#893446)，氮化鋁其他強度較強之 繞射峰皆位於2θ 範圍 30°-40°之間((100) 33.095°、(101) 37.808°)，而圖 5.30(B) 為2θ 範圍 30°-40°的 2θ-θ 掃描結果，顯示除了氮化鋁(002)之外，並沒有其 他氮化鋁晶面的繞射峰產生，即鑽石的成長並沒有改變氮化鋁薄膜的磊晶 特徵。

圖5.30 (A) 氮化鋁(002) XRD 繞射訊號在鑽石成長前、成長 4 小時與 8 小時後之變化，其 2θ 依序分別為 36.18°、36.14°以及 36.12°，直

線為根據 JCPDS card (#893446) 所得到之氮化鋁(002)的 2θ 位置 (36.02°)。(B) 2θ 範圍 30°-40°的 2θ-θ 掃描結果，顯示氮化鋁薄膜維 持磊晶結構。

(3) 氮化鋁薄膜磊晶品質的變化

為了了解氮化鋁薄膜的磊晶品質在成長鑽石的各階段是否發生改

變，便以XRD 於鑽石成長前、成長 4 小時以及 8 小時後(剝離鑽石膜)進行 Rocking curve 的量測。由於矽基板為(111)面斜切(miscut) 4°，故在校正後，

須先將detector 移置 Si(111)之 2θ 位置 28.443°處，再將 chi 角傾斜 4°後，進 行 phi 掃描，將 Si(111)轉為 normal 面，進行 2θ-θ scan 而得出氮化鋁(002) 之 2θ 位置之後，將 detector 移至此位置，再交替進行多次 ω-scan 與 2θ-θ scan，以得到相對準確之氮化鋁(002)繞射訊號半高寬。量測結果如圖 5.31 所示，氮化鋁(002) rocking curve 的半高寬幾乎沒有明顯的變化，顯示氮化 鋁薄膜的磊晶品質並沒有因為鑽石的成長或 MPCVD 的電漿製程而有明顯 的改變。

圖5.31 氮化鋁(002) XRD 繞射訊號在鑽石成長前、成長 4 小時與 8

因此，根據以上分析討論的結果，在800 W、30 Torr、2 % CH₄濃度的 MPCVD 條件下，以 seeding 的方式於氮化鋁薄膜上成長鑽石，對氮化鋁薄 膜之表面粗糙度、磊晶品質與結構皆沒有太大的影響。 cm^-1)、G-band (1580 cm^-1)以及奈米鑽石(1150 cm^-1 )與 trans-polyacetylene 相