一種形成鉆石膜的成核方法
【專利摘要】一種在鉆石膜的成核方法，包括下述的步驟。首先，提供鉆石膜成核的一基材，然后將鉆類烷類烷粉末溶解在一種具有黏著性的溶劑內以形成一個混合溶液，將基材浸潤混合溶液內使鉆類烷經由黏著溶劑附著在基材上作為后續鉆石成長的成核來源。
【專利說明】—種形成鉆石膜的成核方法
【技術領域】
[0001]本發明關于一種在鉆石膜成長過程中的成核方法，特別是關于一種將鉆類烷與具有黏著溶劑結合的鉆石膜成長的方法。
【背景技術】
[0002]鉆石具有許多優越的性質，如寬能隙、化學惰性、高載子遷移率、極佳的生物兼容性、高聲波傳播速度、良好的透光性、高熱傳導率、和最大的硬度，使鉆石成為一個具有廣泛應用范圍的候選者，如微電子、光學、磨潤、熱管理、生物醫學、DNA傳感器、制造工程等。
[0003]最近，發現成核是長出鉆石薄膜的關鍵步驟。因此，有許多研究合成鉆石膜和提高成核密度的方法，如刮痕法、離子束協助沉積法、和偏壓輔助成核法。
[0004]然而，刮痕法會嚴重損傷基材表面，使得長出的鉆石薄膜無法用于電子組件上。
[0005]此外，離子束協助沉積法會導致非晶碳伴隨著奈米鉆石顆粒的產生，亦有可能在非晶碳化層內形成鉆石結晶，可能在鉆石和基材之間造成不好的結晶方向，因此無法為電子組件提供具有良好方向的良好鉆石膜。
[0006]至于偏壓輔助成核法，雖然對基材表面造成的損傷程度小于刮痕法，但不適合高度粗糙表面的要求。在偏壓輔助成核之前，仍需進行碳化的步驟，故會增加合成鉆石的時間，偏壓輔助成核法的另一個缺點是基板必須具有導電性，否則偏壓輔助成核將無法進行。
【發明內容】
[0007]金剛烷(CltlH16`)是一系列碳架構之一，其是一種非常穩定的結晶化合物，并且具有點組對稱性，Tdo而且，金剛烷是一種最小可能的鉆類烷(化學式為C(4n+6)H(4n+12)，其中n=0,1, 2, 3...),含有由16個氫原子圍繞的10個碳原子排列而成的一個鉆石晶格網。因此，可使用如金剛烷和其衍生物的烷鉆鉆類烷，作為本發明的鉆石膜的成核的核種。
[0008]本發明的一目的是提供一種在鉆石膜成長過程中的成核方法。此方法包括下述的步驟:首先，提供鉆石膜成核的一個基材，然后將鉆類烷溶解在一種黏著溶劑內以形成一個混合溶液，將基材插入混合溶液內，使鉆類烷經由黏著溶劑附著在基材上。
[0009]較佳地，黏著溶劑是乙二醇或二乙二醇。
[0010]較佳地，鉆類烷是由金剛烷、雙金剛烷、三金剛烷、四金剛烷、戊金剛烷、環己金剛烷、癸金剛烷、同分異構物和其衍生物等群組中所選出。
[0011 ] 較佳地，將基材浸潤至混合溶液中。
[0012]較佳地，本發明所揭示在鉆石膜成長過程中的成核方法還進一步包括下述的步驟:首先，提供一個反應器，且反應器有一個密閉空間，在反應器內放入供鉆石膜成長的基材，根據一個較佳的實施例，反應器的構造能進行一種微波等離子化學氣相沉積技術。
[0013]較佳地，鉆類烷與黏著溶劑之間重量百分比的比率是由10至100。
[0014]較佳地，基材是由S1、AlN、TiN、GaN、TiC和藍寶石等群組中所選出。
[0015]本發明的另一個目的是提供以上述方法成核的一種鉆石膜，較佳地，黏著溶劑是乙二醇或二乙二醇。較佳地，鉆類烷是由金剛烷、雙金剛烷、三金剛烷、四金剛烷、戊金剛烷、環己金剛烷、癸金剛烷、同分異構物和其衍生物等群組中所選出。
[0016]以下說明及圖1A、圖1B、圖1C、圖2A、圖2B、圖2C、圖3A、圖3B和圖3C說明和了解本發明的特征和優點。
[0017]因此，關于本發明的優點與精神可以經由以下發明詳述及附圖得到進一步的了解。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1A、圖1B、和圖1C顯不根據本發明的一個較佳的實施例,在一個基材上一種在鉆石膜成長過程中的成核方法。
[0019]圖2A顯示根據本發明的第一個實施例，在基材上成長的鉆石膜的低倍率影像。
[0020]圖2B顯示根據本發明的第一個實施例，在基材上成長的鉆石膜的高倍率影像。
[0021]圖2C顯示根據本發明的第一個實施例，在基材上成長的鉆石膜的拉曼光譜。
[0022]圖3A顯示根據本發明的第二個實施例，在基材上成長的鉆石膜的低倍率影像。
[0023]圖3B顯示根據本發明的第二個實施例，在基材上成長的鉆石膜的高倍率影像。
[0024]圖3C顯示根據本發明的第二個實施例，在基材上成長的鉆石膜的拉曼光譜。
【具體實施方式】
[0025]請參考圖1A、圖1B、和圖1C`。圖1A、圖1B、和圖1C顯示根據本發明的一個較佳的實施例，在一個基材上一種在鉆石膜成長過程中的成核方法。
[0026]如圖1A所示，提供鉆石膜成核的一個基材10。較佳地，基材是由S1、AlN、TiN、GaN、TiC和藍寶石等群組中所選出。即使用本發明提供的方法時，基材10的選擇并不限于導電
基材O
[0027]如圖1B所示，然后將鉆類烷溶解在一種黏著溶劑內以形成一個混合溶液20，且然后將基材10浸潤至混合溶液20內進行一個浸潤涂布程序。較佳地，鉆類烷與黏著溶劑之間重量百分比的比率是由10至100。例如，可將0.1g的金剛烷加入0.1ml的黏著溶劑，或將Ig的金剛烷加入0.1ml的黏著溶劑。而本發明不限于任何比例。
[0028]圖1B所示，較佳地，鉆類烷是由金剛烷、雙金剛烷、三金剛烷、四金剛烷、戊金剛烷、環己金剛烷、癸金剛烷、同分異構物和其衍生物等群組中所選出。而且，根據本發明的第一個實施例，黏著溶劑是乙二醇，且根據本發明的第二個實施例，黏著溶劑是二乙二醇。然而，黏著溶劑將不限于上述兩個根實施例，且可能是具有黏度的其它溶劑。
[0029]如圖1C所示，然后鉆類烷30經由黏著溶劑附著在基材10上。也就是，鉆類烷30能附著在基材10上而不損傷基材10，并且鉆類烷30是作為接下來的成長步驟的核種。在一個較佳的實施例內，提供一個反應器，反應器有一個密閉的空間。在反應器內放入供鉆石膜成長的基材10。
[0030]仍如圖1C所示，根據較佳的實施例，反應器的構造能進行一種微波等離子化學氣相沉積技術，較佳地，鉆石膜在基材上成長的步驟是在500至1000°C的溫度下進行。
[0031]續如圖1C圖所示，根據較佳的實施例，如上述鉆石膜在基材上成長的步驟還進一步包括一個將一種氣體導入空間的程序。較佳地，工藝氣體是由H2和CH4組成，且H2和CH4的混合比率是由0.1%至10%。
[0032]而如圖1C所示，根據較佳的實施例，鉆石膜在基材上成長的步驟花費由0.5個小時至2個小時，且I個小時是最佳的。而且，亦提供微波等離子化學氣相沉積的其它條件如下:例如，微波功率是由500W至3000W，氣體的流量是由100至1000sccm等。然而，本發明并不限制這樣的條件。
[0033]請參考圖2A、圖2B和圖2C以及圖3A、圖3B和圖3C，圖2A和圖3A顯示根據本發明的第一個實施例和第二個實施例，在基材上成長的鉆石膜的低倍率影像。 [0034]圖2B和圖3B顯示根據本發明的第一個實施例和第二個實施例，其在基材上成長的鉆石膜的高倍率影像。且圖2C和圖3C顯示根據本發明的第一個實施例和第二個實施例，其在基材上成長的鉆石膜的拉曼光譜。
[0035]如圖2A和圖3A中所示，清楚地顯示鉆類烷將以3.4X108cm^的密度連續地附著在基材上，且成長速率約為每小時1-2 μ m,即成長速率比以前還快。且亦清楚地顯示成長在基材上的鉆類烷具有鉆石的形貌。
[0036]圖2C和圖3C顯示以金剛烷作為核種而成長在基材上的鉆石膜的拉曼光譜。在光譜內，鉆石膜在約1332CHT1的特征峰是非常明顯的。如乙二醇或二乙二醇的黏著溶劑對提升金剛烷的附著效率是有相當幫助的。
[0037]總之，本發明所揭示的在鉆石膜成長過程中的成核方法將不會損傷基材，且將不會花費很長的成核時間。且以浸潤涂布程序來進行成核的步驟，且對具有較大面積的基材上的應用可能更有效率、簡單和適合。
[0038]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用以限定本發明的保護范圍；凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在所附的權利要求書所限定的范圍內。
【權利要求】
1.一種在鉆石膜成長過程中的成核方法，其特征為: 提供一鉆石膜成核的一基材； 溶解一鉆類燒于一黏著溶劑內以形成一混合溶液； 浸潤至該基材于該混合溶液內，其中該鉆類烷經由該黏著溶劑附著在該基材上； 提供一具有密閉的空間的一反應器，其中該反應器的能進行一等離子化學氣相沉積技術； 放入基材于該反應器內；以及 成長一鉆石膜于該在基材上。
2.如權利要求1所述的方法，其特征為其中該黏著溶劑是由乙二醇與二伸乙甘醇群組中所選出。
3.如權利要求1所述的方法，其特征為其中該鉆類烷是由金剛烷、雙金剛烷、三金剛烷、四金剛烷、戊金剛烷、環己金剛烷、癸金剛烷、同分異構物與其衍生物群組中所選出。
4.如權利要求1所述的方法，其特征為其中浸潤至該基材于該混合溶液的步驟包含進行浸潤涂布程序。
5.如權利要求1所述的方法，其特征為其中該鉆類烷與該黏著溶劑之間重量百分比的比率包含由10至100。
6.如權利要求1所述的方法，其特征為其中該基材由S1、AlN、TiN、GaN、TiC以及藍寶石群組中所選出。
7.—種鉆石膜的成核方法，其特征為: 提供一鉆石膜成核的一基材: 溶解一鉆類烷在一黏著溶劑內以形成一混合溶液；以及 浸潤至該基材于該混合溶液內，其中該鉆類烷經由該黏著溶劑附著在該基材上。
8.如權利要求7所述的方法，其特征為其中該黏著溶劑是由乙二醇以及二乙二醇群組中所選出。
9.如權利要求7所述的方法，其特征為其中該鉆類烷是由金剛烷、雙金剛烷、三金剛烷、四金剛烷、戊金剛烷、環己金剛烷、癸金剛烷、同分異構物以及其衍生物群組中所選出。
10.如權利要求7所述的方法，其特 征為其中插入該基材于混合溶液的步驟包含進行浸潤涂布程序。
【文檔編號】C23C16/44GK103789746SQ201210543828
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年12月14日 優先權日:2012年10月26日
【發明者】張立, 陳怡錞 申請人:財團法人交大思源基金會