接合成法(High Temperature High Pressure, HTHP)、震波合成法(Shock-wave synthesis)、
化學氣相沉積法等等(Chemical Vapor Deposition, CVD )，各式的方法都有優缺點，也都 能利用其優點合成出人類所能使用的低價鑽石。[1]
人類的生活在進步，研究的方式也隨之進步。鑽石的合成方式研究至今，化學氣相 沉積法儼然成為主流。主要在於能夠成長較高品質的鑽石薄膜。本實驗著重於在Si(111) 上使用微波電漿化學氣相沉積法(Microwave Plasma CVD, MPCVD)成長出具有(111)面 向的鑽石薄膜，再在此薄膜上成長大面積具有規則陣列的奈米平板鑽石。
2 結構，另一種為六方晶(Hexagonal)結構。如圖 1-2 所示。兩種結構皆為(111)的最密堆積 方式，主要的差別在於每一層的排列方式不同。立方晶的排列方式為ABCABCABC…，
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圖1-1 鑽石原子結構圖[6]。
圖1-2 鑽石(a)正立方晶，(b)六方晶結構[4,5]。
4 位。也因為這樣的特性，工業鑽頭、水刀噴嘴(water jet nozzle)、抽線模具(wire die)等都 有著絕對優勢的使用率。許多具延展性的金屬或合金，在切削時容易沾粘刀具，高溫時 更與刀具反應造成加工困難，工具壽命減短。像這類的刀具在鍍上類鑽碳膜後可以解決
5 方向。在已知的應用上，類碳鑽薄膜(DLC，Diamond Like Carbon)取代二氧化矽(SiO2) 作為其中的介電層將有效的提升場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)的傳輸速度以及散熱度。而在高功率電晶體(power MOSFET)上所使 用的單晶鑽石薄膜的技術也能有效的防止各元件在操作溫度較高時，所面臨的元件崩潰 問題。藉此提供高功率元件在使用上的穩定度以及使用壽命的提升。
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圖1-4 鑽石的應用[9]。
表1-2 鑽石的優越性值及實例[10]。
性質 數值 應用實例
最大抗壓強度 ＞110Gpa 高壓頂錘
最高聲傳速率 1.8×104 m/s 喇叭聲膜
最快熱傳度 20W/cm-K 散熱薄片
最大硬度 1000Kgmm-2 超級磨料 最快電洞移動率 1800cm2/V-s 半導晶片
高電阻值 1×1023 絕緣電阻
低動摩擦係數 0.03 高速軸承
高折射率 2.42 鑽石飾品
低熱膨脹係數 1.1×10-6K-1 矽晶墊片
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表1-3 鑽石與其他半導體的特性[11]。
Si GaAs SiC(3C) SiC(4H) SiC(6H) GaN Diamond
Band gap(ev) 1.11 1.43 2.23 3.26 2.86 3.39 5.47
Transition Indirect Direct Indirect Indirect Indirect Direct Indirect a=3.08 a=3.19
Lattice
constant(Ǻ) 5.431 5.653 4.359 a=3.073
c=15.1 c=5.19 3.567
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1-4 論文概要
這篇論文主要是探討奈米平板鑽石成長在高方向性的(111)鑽石薄膜上的特性。在第 二章主要是敘述人工鑽石合成的歷史。包含(111)鑽石的成長、奈米平板鑽石的原理、使 用不同氣體、壓力的差別。第三章介紹實驗用成長鑽石的微波電漿機台以及各種分析儀 器的作用與原理。第四章開始進入實驗階段。主要分為兩個階段，第一階段先利用 MPCVD 在 Si(111)上進行鑽石薄膜的沉積。目標為高方向性(111)的鑽石在 SEM 下能夠 明顯，且(111)面向的訊號能夠大於其他面向。第二階段開始進行奈米平板狀鑽石的成 長。目標為能夠順利的在高方向性(111)鑽石薄膜上成長奈米平板狀鑽石。第五章將針對 前章節所成長的奈米平板狀鑽石進行一些分析與探討。第六章則是結論與未來展望。
9 優良的金剛石，也就是光彩炫目的鑽石。早在西元1772 年，法國化學家 Lavoisier(Antoine L. Lavoisier, 1743-1794)曾利用一個裝置，將鑽石置入充滿氧氣的玻璃瓶中，將其密封後 進行太陽光的聚焦加熱。實驗結果發現，鑽石會在經過燃燒之後消失不見，唯一剩下的 產物為二氧化碳。於是奠定了鑽石的基本組成。然而在經過 24 年之後，英國化學家 Tennant(Smithson Tennant, 1761-1815)重複了 Lavoisier 的實驗並發現在等重量的木炭與 鑽石經過燃燒之後會產生相同體積的二氧化碳，也因此證明了鑽石為碳元素的同素異形