金剛石沉積設(shè)備生長的金剛石表征

金剛石沉積設(shè)備生長的金剛石表征

沉積設(shè)備生長出來的金剛石樣品需要先做拉曼光譜，這是非常主要也是非常關(guān)鍵的一種表征方法，簡單判斷外延單晶樣品是否為金剛石以及是否含有 SP2雜化形態(tài)的碳。如果通過拉曼光譜確定為金剛石單晶，可以進(jìn)行金剛石晶體質(zhì)量的進(jìn)一步表征，用X射線搖擺曲線去表征金剛石單晶的晶體質(zhì)量，光致發(fā)光譜、紅外吸收光譜、紫外吸收光譜可以用來表征單晶金剛石的光學(xué)性質(zhì)的好壞，也可以簡單判定晶體內(nèi)所含有的缺點。光學(xué)顯微鏡是用來判定單晶生長面形貌情況的。?

光學(xué)顯微鏡

光學(xué)顯微鏡（Optical Microscop，OM）是表征金剛石常用同時也是簡單的方法。挑選適當(dāng)?shù)谋堵视^察金剛石的生長面，如果倍率太大樣品本身不平顯微鏡景深不夠從而造成照片模糊，倍率太小則不可觀察到金剛石外延的臺階。

掃描電子顯微鏡

為了進(jìn)一步觀察到金剛石樣品表層的微觀形貌，需要使用掃描電子顯微鏡對金剛石樣品進(jìn)行金相觀察。掃面電鏡可以觀察到金剛石亞微米級別尺度的表層形態(tài)，并且具有一定的景深和較高的分辨率。

拉曼光譜

拉曼光譜（Raman Spectroscopy）可以用以表征外延金剛石的質(zhì)量。拉曼光普對碳鍵的狀態(tài)非常敏感，根據(jù)樣品的聲子譜等粒子激發(fā)對激光所產(chǎn)生的拉曼位移來判斷外延單晶的晶體質(zhì)量。金剛石中的碳以SP3形式雜化，SP3雜化的碳鍵對應(yīng)的一階拉曼峰在1332 cm-1的位置，而晶態(tài)的石墨對應(yīng)1580 cm-1處。另外，非晶態(tài)SP2雜化的碳在一階拉曼譜1350-1600 cm-1之間顯示為散射寬帶，具體的位置由非金剛石相的含量而定。

拉曼光譜除了可以進(jìn)行金剛石的物相分析之外，還可以對金剛石的晶體質(zhì)量進(jìn)行等性分析，金剛石拉曼光譜的半峰寬（FWHM）與金剛石本身的晶體質(zhì)量有關(guān)，如果金剛石的晶體缺點越多、晶體點陣排列越紊亂，則其半峰寬值越大。天然金剛石的拉曼光譜半峰寬為2 cm-1，CVD金剛石的半峰寬可以達(dá)到2.3 cm-1，金剛石薄膜的半峰寬的變化范圍在5—25 cm-1之間。除此之外，金剛石的拉曼光譜特征峰的偏移量還可以反映晶體內(nèi)應(yīng)力情況。

光致發(fā)光光譜

光致發(fā)光光譜（Photoluminescence，PL）是一種無損探測材料電子結(jié)構(gòu)方式?；驹硎遣牧衔展庾?，電子躍遷到較高的能態(tài)后恢復(fù)到低能態(tài)并放出光子。光致發(fā)光光譜可以用來研究金剛石晶體中缺點的類型，N原子與空位復(fù)合所產(chǎn)生的晶體缺點在光致發(fā)光譜中有明顯的特征峰（575 ( NV0 )，637 ( NV?) nm），N摻雜的金剛石有很明顯的熒光背底。