氢终止金刚石表面的形成机理

刘金龙 刘盛 郭建超 化称意 陈良贤 魏俊俊 黑立富 王晶晶 冯志红 刘青 李成明

引用本文: 刘金龙, 刘盛, 郭建超, 化称意, 陈良贤, 魏俊俊, 黑立富, 王晶晶, 冯志红, 刘青, 李成明. 氢终止金刚石表面的形成机理[J]. 物理化学学报, 2015, 31(9): 1741-1746. doi: 10.3866/PKU.WHXB201508031 shu
Citation:  LIU Jin-Long, LIU Sheng, GUO Jian-Chao, HUA Chen-Yi, CHEN Liang-Xian, WEI Jun-Jun, HEI Li-Fu, WANG Jing-Jing, FENG Zhi-Hong, LIU Qing, LI Cheng-Ming. Formation Mechanism of the H-terminated Diamond Surface[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(9): 1741-1746. doi: 10.3866/PKU.WHXB201508031 shu

氢终止金刚石表面的形成机理

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51402013) (51402013)

    中国博士后科学基金(2014M550022) (2014M550022)

    中央高校基本科研业务费(FRF-TP-14-042A1) (FRF-TP-14-042A1)

    专用集成电路重点实验室基金资助项目 

摘要:

为考察金刚石形成氢终止表面的反应机制, 采用微波氢等离子体处理以及电阻丝氢气气氛加热处理进行对比研究. 利用光发射谱(OES)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)分别表征了微波氢等离子体中的活性基团和金刚石表面氢终止浓度. 结果表明, 微波氢等离子体环境下, 随着衬底温度、等离子体密度和能量的增加, 温度至700 ℃ (800 W/3 kPa)时, 等离子体中出现了明显的CH基团; 相应地, 金刚石表面氢终止浓度随温度、等离子体密度和能量的增加而增加. 采用氢气气氛下电阻丝加热的方法同样形成了氢终止金刚石表面,表明微波等离子体处理金刚石表面形成氢终止主要源于由温度控制的表面化学反应, 而非等离子体的物理刻蚀作用. 氧终止金刚石表面形成氢终止的机制是表面C=O键在高于500 ℃时分解为CO, 相应的悬挂键由氢原子或氢分子占据.

English

    1. [1]

      (1) Kubovic, M.; Kasu, M.; Kageshima, H. Appl. Phys. Lett. 2010, 96 (5), 052101. doi: 10.1063/1.3291616

      (1) Kubovic, M.; Kasu, M.; Kageshima, H. Appl. Phys. Lett. 2010, 96 (5), 052101. doi: 10.1063/1.3291616

    2. [2]

      (2) Chaniotakis, N.; Sofikiti, N. Anal. Chim. Acta 2008, 615 (1), 1. doi: 10.1016/j.aca.2008.03.046(2) Chaniotakis, N.; Sofikiti, N. Anal. Chim. Acta 2008, 615 (1), 1. doi: 10.1016/j.aca.2008.03.046

    3. [3]

      (3) Geng, R.; Zhao, G. H.; Liu, M. C.; Lei, Y. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (6), 1493. [耿榕, 赵国华, 刘梅川, 雷燕竹. 物理化学学报, 2010, 26 (6), 1493.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100602(3) Geng, R.; Zhao, G. H.; Liu, M. C.; Lei, Y. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (6), 1493. [耿榕, 赵国华, 刘梅川, 雷燕竹. 物理化学学报, 2010, 26 (6), 1493.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100602

    4. [4]

      (4) Lai, C. W.; Sun, Y.; Yang, H.; Zhang, X. Q.; Lin, B. P. Acta Chim. Sin. 2013, 71 (9), 1201. [来常伟, 孙莹, 杨洪, 张雪勤, 林保平. 化学学报, 2013, 71 (9), 1201.](4) Lai, C. W.; Sun, Y.; Yang, H.; Zhang, X. Q.; Lin, B. P. Acta Chim. Sin. 2013, 71 (9), 1201. [来常伟, 孙莹, 杨洪, 张雪勤, 林保平. 化学学报, 2013, 71 (9), 1201.]

    5. [5]

      (5) Zhang, M. X.; Li, C. C.; Hua, W. M.; Yue, Y. H.; Gao, Z. Chin. J. Catal. 2014, 35 (11), 1874. [张梦晓, 李璀灿, 华伟明, 乐英红, 高滋. 催化学报, 2014, 35 (11), 1874.](5) Zhang, M. X.; Li, C. C.; Hua, W. M.; Yue, Y. H.; Gao, Z. Chin. J. Catal. 2014, 35 (11), 1874. [张梦晓, 李璀灿, 华伟明, 乐英红, 高滋. 催化学报, 2014, 35 (11), 1874.]

    6. [6]

      (6) Liu, J. L.; Li, C. M.; Zhu, R. H.; Guo, J. C.; Chen, L. X.; Wei, J. J.; Hei, L. F.; Wang, J. J.; Feng, Z. H.; Guo, H.; Lü, F. X. Appl. Surf. Sci. 2013, 284, 798. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.08.011(6) Liu, J. L.; Li, C. M.; Zhu, R. H.; Guo, J. C.; Chen, L. X.; Wei, J. J.; Hei, L. F.; Wang, J. J.; Feng, Z. H.; Guo, H.; Lü, F. X. Appl. Surf. Sci. 2013, 284, 798. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.08.011

    7. [7]

      (7) Camarchia, V.; Cappelluti, F.; Ghione, G.; Rossi, M. C.; Calvani, P.; Conte, G.; Pasciuto, B.; Limiti, E.; Dominijanni, D.; Giovine, E. Solid-State Electron. 2011, 55, 19. doi: 10.1016/j.sse. 2010.09.001(7) Camarchia, V.; Cappelluti, F.; Ghione, G.; Rossi, M. C.; Calvani, P.; Conte, G.; Pasciuto, B.; Limiti, E.; Dominijanni, D.; Giovine, E. Solid-State Electron. 2011, 55, 19. doi: 10.1016/j.sse. 2010.09.001

    8. [8]

      (8) Kasu, M.; Ueda, K.; Ye, H.; Yamauchi, Y.; Sasaki, S.; Makimoto, T. Diam. Relat. Mater. 2006, 15 (4-8), 783. doi: 10.1016/j.diamond.2005.12.025(8) Kasu, M.; Ueda, K.; Ye, H.; Yamauchi, Y.; Sasaki, S.; Makimoto, T. Diam. Relat. Mater. 2006, 15 (4-8), 783. doi: 10.1016/j.diamond.2005.12.025

    9. [9]

      (9) Snidero, E.; Tromson, D.; Mer, C.; Ber nzo, P.; Foord, J. S.; Nebel, C.; Williams, O. A.; Jackman, R. B. J. Appl. Phys. 2003, 93, 2700. doi: 10.1063/1.1539922(9) Snidero, E.; Tromson, D.; Mer, C.; Ber nzo, P.; Foord, J. S.; Nebel, C.; Williams, O. A.; Jackman, R. B. J. Appl. Phys. 2003, 93, 2700. doi: 10.1063/1.1539922

    10. [10]

      (10) Russell, S. A. O.; Sharabi, S.; Tallaire, A.; Moran, D. A. J. IEEE Electron Dev. Lett. 2012, 33 (10), 1471. doi: 10.1109/LED. 2012.2210020(10) Russell, S. A. O.; Sharabi, S.; Tallaire, A.; Moran, D. A. J. IEEE Electron Dev. Lett. 2012, 33 (10), 1471. doi: 10.1109/LED. 2012.2210020

    11. [11]

      (11) Liu, J. L.; Li, C. M.; Guo, J. C.; Zhu, R. H.; Chen, L. X.; Wei, J. J.; Hei, L. F.; Wang, J. J.; Feng, Z. H.; Guo, H.; Lü, F. X. Appl. Surf. Sci. 2013, 287, 304. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.09.147(11) Liu, J. L.; Li, C. M.; Guo, J. C.; Zhu, R. H.; Chen, L. X.; Wei, J. J.; Hei, L. F.; Wang, J. J.; Feng, Z. H.; Guo, H.; Lü, F. X. Appl. Surf. Sci. 2013, 287, 304. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.09.147

    12. [12]

      (12) Ri, S. G.; Watanabe, H.; Ogura, M.; Takeuchi, D.; Yamasaki, S.; Okushi, H. J. Cryst. Growth 2006, 293 (2), 311. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2006.05.036(12) Ri, S. G.; Watanabe, H.; Ogura, M.; Takeuchi, D.; Yamasaki, S.; Okushi, H. J. Cryst. Growth 2006, 293 (2), 311. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2006.05.036

    13. [13]

      (13) Cui, J. B.; Fang, R. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 1996, 12 (2), 102. [崔景彪, 方容川. 物理化学学报, 1996, 12 (2), 102.] doi: 10.3866/PKU.WHXB19960202(13) Cui, J. B.; Fang, R. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 1996, 12 (2), 102. [崔景彪, 方容川. 物理化学学报, 1996, 12 (2), 102.] doi: 10.3866/PKU.WHXB19960202

    14. [14]

      (14) Weng, S. F. Fourier Transform Infrared Spectroscopy, 2nd ed.; Chemical Industry Press: Beijing, 2010; pp 164-170. [翁诗甫. 傅里叶变换红外光谱分析. 第二版; 北京: 化学工业出版社, 2010: 164-170.](14) Weng, S. F. Fourier Transform Infrared Spectroscopy, 2nd ed.; Chemical Industry Press: Beijing, 2010; pp 164-170. [翁诗甫. 傅里叶变换红外光谱分析. 第二版; 北京: 化学工业出版社, 2010: 164-170.]

    15. [15]

      (15) Ando, T.; Inoue, S.; Ishii, M.; Kamo, M.; Sato, Y.; Yamada, O.; Nakano, T. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1993, 89 (4), 749. doi: 10.1039/ft9938900749(15) Ando, T.; Inoue, S.; Ishii, M.; Kamo, M.; Sato, Y.; Yamada, O.; Nakano, T. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1993, 89 (4), 749. doi: 10.1039/ft9938900749

    16. [16]

      (16) Jiang, T.; Xu, K. Carbon 1995, 33 (12), 1663. doi: 10.1016/S0039-6028(98)00107-1(16) Jiang, T.; Xu, K. Carbon 1995, 33 (12), 1663. doi: 10.1016/S0039-6028(98)00107-1

    17. [17]

      (17) Su, C.; Lin, J. C. Surf. Sci. 1998, 406 (1-3), 149. doi: 10.1016/S0039-6028(98)00107-1(17) Su, C.; Lin, J. C. Surf. Sci. 1998, 406 (1-3), 149. doi: 10.1016/S0039-6028(98)00107-1

    18. [18]

      (18) Jiang, X.; Rickers, C. Appl. Phys. Lett. 1999, 75 (25), 3935. doi: 10.1063/1.125499(18) Jiang, X.; Rickers, C. Appl. Phys. Lett. 1999, 75 (25), 3935. doi: 10.1063/1.125499

    19. [19]

      (19) Thomas, R. E.; Rudder, R. A.; Markunas, R. J. J. Vac. Sci. Technol. A 1992, 10 (4), 2451. doi: 10.1116/1.577983

      (19) Thomas, R. E.; Rudder, R. A.; Markunas, R. J. J. Vac. Sci. Technol. A 1992, 10 (4), 2451. doi: 10.1116/1.577983

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  174
  • 文章访问数:  957
  • HTML全文浏览量:  61
文章相关
  • 发布日期:  2015-09-06
  • 收稿日期:  2015-01-07
  • 网络出版日期:  2015-08-03
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章