圖 4-11 不同負偏壓大小對鑽石成核之影響。(a),(c)和(e)分別是偏壓大 小為-75 , -100 和-150 V 的 SEM 圖，(b), (d)和(f)分別是(a), (c)和(e)的放 大圖。
4. 3. 3 圓錐物的拉曼(Raman)分析
圖 4-12 為不同甲烷濃度試片(圖 4-8)經偏壓的拉曼光譜圖。從圖中 可知，只有 3％甲烷濃度(圖 4-12(a))的試片訊號不明顯，可能是因為圓 錐物密度不高的原因，如圖 4-8(a)之 SEM 圖所示。4％和 5％甲烷濃度 的試片分別在 1340 cm-1和 1585-1606 cm-1附近有寬大的吸收峰，1340 cm-1寬大的吸收峰可能是由 1332 cm-1和 1350 cm-1(D band)所疊加而產 生的。1332 cm-1是鑽石的吸收峰，可以証實鑽石的存在，1585-1606 cm-1 附近的吸收峰(G band)是關於無序的 sp2鍵結，証實 non-diamond 相的存 在。G band 的產生往往會促使 D band 在 1350 cm-1附近出現[3,4]。由拉 曼的結果發現，在成核階段有不少的 non-diamond 相產生。而從圖 4-12 (a), (b)和(c)比較起來，甲烷濃度最高的試片有較強的 D band 和 G band 的吸收峰，此情況可解釋當提高甲烷濃度時，氫含量相對減少，而在合 成鑽石時，non-diamond 相也會生成，而對這些 non-diamond 相具有蝕 刻能力的氫電漿，會因甲烷濃度的提高而變弱。
圖 4-12 (a), (b)和(c)分別是甲烷濃度 3％, 4％和 5％試片的拉曼光譜圖。
4. 3. 4 圓錐物之橫截面穿透式電子顯微鏡觀察
圖 4-13 (a), (b)和(c)分別是甲烷濃度 3％, 4％和 5％試片的橫截面 TEM 明場圖，得知圓錐物是由二個明暗對比明顯的區域組合而成，和 SEM 觀察的情形相同(圖 4-8)。下面比較暗的 cone 區域呈三角形，經 由分析得知它是 Si 單晶且二邊的腰等長呈<111>方向。計算 3％, 4％和 5％甲烷濃度試片圓錐物的底部直徑範圍分別大約是~ 75 nm、~ 100 nm
與~155 nm；高度範圍分別大約是~90 nm、~120 nm 與~160 nm。Si cone
的圓環點，可得知大部份的 SiC {111}//Si{111}，而 diamond 和 SiC 間 似乎無相對關係。
圖 4-13 (a)、(b)和(c)分別是甲烷濃度 3％, 4％和 5％時的橫截面 TEM 明場圖，附屬在旁邊的圖是以 Si [011] 為軸向的繞射圖。
圖 4-14 (a)甲烷濃度 3％試片的 HRTEM，和圖 4-12(a)是同一個 TEM 樣 品，但為不同位置的影像，(b)為(a)的 FFT 圖，(c)為(a)中 SiC 和 Si cone 間的放大圖。
4. 3. 5 電子能損譜及電子能量濾鏡的分析及觀察
為了更進一步確認 Si cone、SiC 和 diamond 的位置和彼此間的關 係，我們也使用 EELS mapping 來分析。元素的分佈是使用 Gatan GIF 來做分析，在能窗(energy window)為 10 eV 中，使用 core loss 訊號的 C K edge (284 eV)和 Si L edge (99 eV)，來做元素分佈的探討。圖 4-15 (a) 是圓錐物的 zero loss 圖，和圖 4-14 (a)的 HRTEM 圖是同樣位置。圖 4-15 (b)是從圓錐物上的 diamond 取得的 EELS 光譜圖，顯示 C K edge diamond 特性峰的圖形，證實此處確實為 diamond 所構成。圖 4-15 (c) 和(d)分別是對 C 和 Si mapping 的圖形，圖 4-15 (c)最亮的區域為 diamond，和圖 4-15 (b)互相比對下可知在 diamond 和 Si cone 間的次亮 區域是 SiC，最後和 zero loss 圖 4-15(a)互相比對，可以清楚的知道圓 map)。thickness map 的原理是利用log-ratio法來進行試片厚度的評定。
所謂log-ratio 法是透過量測零損峰(zero energy loss peak)以及低能損能 段(low energy loss region)的積分強度來進行試片厚度的估算。我們可以 根據下式來計算：[6]
⎟⎟ ⎠
像。透過上述之log-ratio 法，針對彈性碰撞影像(elastic image)其實就是 零 能損 影像，其能量 開口(energy slit width)約5 eV。以及無濾鏡影像 (unfiltered image，非常接近low energy loss 區段的電子影像)來進行計 算，即可獲得相對厚度影像。圖4-16(a)和(b)，則是將一圓錐物分別將其 無濾鏡影像及彈性碰撞影像經過式(1)，而獲得圖4-16(c)的相對厚度影 像 。 在 圖4-16(c)中 ， 影 像 對 比 越 強 的 區 域 代 表 該 區 的 厚 度 越 厚 。 圖 4-16(d-g)，則是分別從圓錐物四個不同方向的厚度分布，可以發現圓錐 物確實為圓錐的形狀，和SEM 所觀察到的形狀相符。圖 4-15 (a)圓錐物的 zero loss 圖，和 4-14 (a)的 HRTEM 圖是同樣位置, (b) 從圓錐物上的 diamond 取得的 EELS 光譜圖，顯示碳 K edge diamond 特性峰的圖形, (c) Carbon map, (d) Silicon map
圖 4-16 (a) 圓錐物的 unfiltered image, (b) 圓錐物的 elastic image, (c) 圓錐物的 thickness mapping image, (d), (e), (f) 和(g) 分別是圖(c)中線 段 ab, cd, ef 和 gh 的厚度分佈曲線。