電漿處理對超奈米晶鑽石薄膜電子場發射特性的影響

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Title:	電漿處理對超奈米晶鑽石薄膜電子場發射特性的影響
Other Titles:	Effect of plasma post treatment on the electron field emission properties of ultrananocrystalline diamond films
Authors:	徐偉揚;Hsu, Wei-Yang
Contributors:	淡江大學物理學系碩士班林諭男
Keywords:	BEG;MPECVD;UNCD;化學汽相沉積;超奈米晶鑽石
Date:	2017
Issue Date:	2018-08-03 14:46:01 (UTC+8)
Abstract:	鑽石擁有高硬度、極佳耐磨耗、良好場發射性、高導熱等優點。應用在表面聲波元件、微機電元件、生醫材料、場發射元件等材料，薄膜是需要的良好場發射性、導電性鑽石。鑽石薄膜依據表面形貌可以分為微晶鑽石（MCD）、奈米晶鑽石（NCD）、超奈米晶鑽石（UNCD），其中超奈米晶鑽石具備更低的良好場發射性、表面粗糙度及較佳的導電性質。　　在我們成長鑽石薄膜所使用的系統(Innovative Plasma system,IPLAS)，是屬於微波電漿輔助化學汽相沉積法(Microwave Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition, MPECVD)。一般而言，我們用一定比例的氬氣及甲烷來成長UNCD，但後來發現，當我們將成長好的UNCD再進行不同氣氛的微波電漿處理，薄膜的場發射特性優於原本的UNCD薄膜。因此我們藉由拉曼光譜、電漿光發射光譜、掃描式電子顯微結構、穿透式電子顯微結構、電子能量損失譜等，來探討當我們對UNCD進行微波電漿處理後，對其微結構以及場發射特性有著什麼樣的變化。　　本實驗針對不同的鑽石薄膜基板分別進行甲烷/氬氣/氫氣及甲烷/氮氣兩種混合氣體電漿並施加偏壓處理後，觀察發現場發射起始電場呈現相同趨勢的變化，利用穿透式電子顯微鏡觀測樣品，加上場發射起始電場與霍爾量測等結果，顯示出使用電漿處理對於不同薄膜基板造成改質或是成長之程度有所不同，發現以小顆粒鑽石晶粒為主且擁有充足晶界空間之鑽石薄膜對於其改質的效果越好，改善電子場發射特性的效果最佳。 Diamond films possess high hardness, god tribological properties, super electron field (EFE) properties and high thermal conductivity. They have great potential for applications such as electron field emitters, microelectromechanical devices, biomaterials, surface acoustic wave devices. Diamond films can be microcrystalline (MCD), nanocrystalline (NCD) an ultrananocrystalline (UNCD), among which the UNCD films exhibit the most smooth surface, the best conductivity and moreover, the best EFE properties.
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