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

KARÁSKOVÁ, Monika, Lenka ZAJÍČKOVÁ, Ondřej JAŠEK, Vilma BURŠÍKOVÁ, Daniel FRANTA, Jiřina MATĚJKOVÁ and Petr KLAPETEK. Studying an influence of a nucleation phase on nanocrystalline diamond film properties. Košice, Sloveská republika: Hutnicka fakulta - Technická univerzita v Košiciach, 2007, 321 pp. 6. ISSN 1335-1532.

Basic information

• Original name: Studying an influence of a nucleation phase on nanocrystalline diamond film properties
• Name in Czech: Studium vlivu nukleační fáze na vlastnosti nanokrystalických diamantových vrstev
• Authors: KARÁSKOVÁ, Monika, Lenka ZAJÍČKOVÁ, Ondřej JAŠEK, Vilma BURŠÍKOVÁ, Daniel FRANTA, Jiřina MATĚJKOVÁ and Petr KLAPETEK.
• Edition: Košice, Sloveská republika, 321 pp. 6, 2007.
• Publisher: Hutnicka fakulta - Technická univerzita v Košiciach

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Book on a specialized topic
• Field of Study: 10305 Fluids and plasma physics
• Country of publisher: Slovakia
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• Organization unit: Faculty of Science
• ISSN: 1335-1532
• Keywords in English: nanocrystalline diamond, plasma enhanced CVD, bias enhanced nucleation, hardness

Abstract

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. The nucleation and film growth were studied by SEM, AFM and modelling of optical response of the substrate-interfacial layers-diamond film systems in UV/VIS/NIR range.

Abstract (in Czech)

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. Nukleační fáze a fáze růstu vrstvy byly studovány pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu, mikroskopu atomárních sil a jednotlivé mezivrstvy diamantových vrstev byly charakterizovány pomocí optických měření v ultrafialové, viditelné a blízké infračervené oblasti vlnových délek.

Links

• GA202/05/0607, research and development project: Name: Příprava uhlíkových mikro- a nanostruktur plazmovými technologiemi

Investor: Czech Science Foundation, Synthesis of carbon micro- and nanostructures by plasma technologies

• KAN311610701, research and development project: Name: Nanometrologie využívající metod rastrovací sondové mikroskopie

Investor: Academy of Sciences of the Czech Republic

• MSM0021622411, plan (intention): Name: Studium a aplikace plazmochemických reakcí v neizotermickém nízkoteplotním plazmatu a jeho interakcí s povrchem pevných látek

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR, Study and application of plasma chemical reactions in non-isothermic low temperature plasma and its interaction with solid surface