Studying an influence of a nucleation phase on nanocrystalline diamond film properties

0308492 - ÚPT 2008 RIV SK eng J - Journal Article
Karásková, M. - Zajíčková, L. - Jašek, O. - Buršíková, V. - Franta, D. - Matějková, Jiřina - Klapetek, P.
Studying an influence of a nucleation phase on nanocrystalline diamond film properties.
[Studium vlivu nukleační fáze na vlastnosti nanokrystalických diamantových vrstev.]
Acta Metallurgica Slovaca. Roč. 13, č. 6 (2008), s. 204-208. ISSN 1335-1532.
[NANO '07. Brno, 08.10.2007-10.10.2007]
R&D Projects: GA ČR(CZ) GA202/05/0607; GA AV ČR KAN311610701
Institutional research plan: CEZ:AV0Z20650511
Keywords : nanokrystalline diamond * plasma enhanced CVD * bias enhanced nucleation * hardness
Subject RIV: BM - Solid Matter Physics ; Magnetism

Nanocrystalline diamond (NCD) films were deposited by microwave (2.45 GHz) PECVD in the bell jar plasma reaktor of ASTeX type combined with the rf capacitive discharge providing a negative dc self-bias -125 V at the substrate holder. The applied mw power, pressure and substrate temperature were 850 W, 7.5 kPa and 1090 K, respectively. The continuous re-nucleation rate was performed by ions accelerated in dc electric field – bias enhanced nucleation (BEN) method. The nucleation phase turned to be very important for good mechanical properties of the films. The films with very good mechanical properties consisting of nanocrystalline diamond were prepared without substrate preheating under the deposition mixture of 9.4% of CH4 in H2. The films exhibited very low roughness (rms of heights 13 nm) and high hardness and elastic modulus, 70 and 375 GPa, respectively.

Nanokrystalické diamantové vrstvy byly deponovány v mikrovlnném plazmovém reaktoru zvonovitého tvaru typu ASTeX (2,45 GHz). Pro nukleaci diamantové vrstvy byla použita metoda využívající aktivaci substrátu pomocí energetických iontů urychlených stejnosměrným předpětím (metoda BEN). Na držák substrátu proto bylo přivedeno vysokofrekvenční napětí a díky vlastnostem kapacitně vázaného vysokofrekvenčního výboje se zde zároveň vytvořilo stejnosměrné samopředpětí. Ukázalo se, že nukleašní fáze je velice důležitá část depozičního procesu pro vznik vrstvy s dobrými mechanickými vlastnostmi. Vrstvy byly deponovány při mikrovlnném výkonu 850 W, tlaku 7,5 kPa a teplotě substrátu 1090 K. Nanokrystalické diamantové vrstvy s dobrými mechanickými vlastnostmi (tvrdost 70 GPa a elastický modul 375 GPa) byly připraveny bez předehřátí substrátu. Koncentrace metanu v plynné směsi metanu a vodíku byla 9,4% a rms drsnost vrstev byla 13 nm.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0160963