The field emission characteristics of defective diamond films grown by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MPECVD) have been studied. X-ray diffraction, the poor crystal quality and/or small grain sizes of the diamond phase and the inclusion of the non-diamond carbon phases in these films have been condirmed by raman spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and the reflectance measurements. The degrees of the film defectiveness and the emission characteristics were dependent on the methane concentration. Current-versus-voltage measurements have demonstrated that the defective diamond films have good electron emission characteristics. characteristics strongly suggests the defect-related electron-emission mechanism. The defective diamond films deposited on Si substrates show the field emission current density of 1$\mu\textrm{A}/\textrm{cm}^2$ and 1mA/$\textrm{cm}^2$ have been measured at electric fields as low as 4.5V/$\mu\textrm{m}$ and 7.6V/$\mu\textrm{m}$, respectively. We also observed the similar emission characteristics from the defective diamond film deposited on Cr/Si substrate and could decrease the deposition temperature to $600^{\circ}C$.
In diamond synthesis by metal film growth method under high pressure and high temperature, the nucleation and growth of diamond was observed dependent on the carbon source variation from graphite powder to the heat treated powders of lamp black carbon. At the low driving force condition near equilibrium pressure and temperature line, nucleation of diamond did not occur but growth of seed diamond appeared in the synthesis from lamp black carbon while both nucleation and growth of diamond took place in the synthesis from graphite. Growth morphology change of diamond occurred from cubo-octahedron to octahedron in the synthesis from graphite but very irregular growth of seed diamond occurred in the synthesis from lamp block carbon. Lamp black carbon transformed to recrystallized graphite first and very nucleation of diamond was observed on the recrystallized graphite surface. Growth morphology of diamond on the recrystallized graphite was clear cubo-octahedron even at higher pressure departure condition from equilibrium pressure and temperature line.
Deposition conditions of diamond thin films were optimized using hot-filament chemical vapor deposition (HFCVD). Boron-doped diamond thin films with varying boron densities were then fabricated using B4C solid pellets. Current-voltage responses and field emission currents were measured to test the characteristics of field emission display (FED). With the increase of boron doping, the crystal size of diamond decreased slightly, but its quality was not changed significantly in case of small doping. The I-V characterization was performed for Al/diamond/p-Si, and the current of doped diamond film was increased $10^4\sim10^5$ times as compared with that of undoped film. In the field emission properties, the electrons were emitted with low electric field with the increase of doping, while the emission current increased. The onset-field of electron emission was 15.5 V/$\mu\textrm{m}$ for 2 pellets, 13.6 V/$\mu\textrm{m}$ for 3 pellets and 11.1 V/$\mu\textrm{m}$ for 4 pellets. With the incorporation of boron, the slope of Fowler-Nordheim graph was decreased, revealing that the electron emission behavior was improved with the decrease of the effective barrier energy.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.53
no.5
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pp.241-248
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2020
The change of the deposition behavior of diamond through a pretreatment process of the base metal prior to diamond deposition using HFCVD was investigated. To improve the specific surface area of the base material, sanding was performed using sandblasting first, and chemical etching treatment was performed to further improve the uniform specific surface area. Chemical etching was performed by immersing the base material in HCl solutions with various etching time. Thereafter, seeding was performed by immersing the sanded and etched base material in a diamond seeding solution. Diamond deposition according to all pretreatment conditions was performed under the same conditions. Methane was used as the carbon source and hydrogen was used as the reaction gas. The most optimal conditions were found by analyzing the improvement of the specific surface area and uniformity, and the optimal diamond seeding solution concentration and immersion time were also obtained for the diamond particle seeding method. As a result, the sandblasted base material was immersed in 20% HCl for 60 minutes at 100 ℃ and chemically etched, and then immersed in a diamond seeding solution of 5 g/L and seeded using ultrasonic waves for 30 minutes. It was possible to obtain optimized economical diamond film growth rates.
Diamond thin films were synthesized by a chemical vapor deposition (CVD). Raman spectrum showed the diamond line at 1332 $cm^{-1}$ / and x-ray diffraction pattern exhibited a strong (111) peak of diamond. The scanning electron microscopy analysis showed that the CVD diamond thin film was grown to be unepitaxial crystallites with pyramidal hillocks. A wavelength-resolved thermoluminescence (TL) of the CVD diamond thin film irradiated with X-rays showed one peak at 430 nm around 560 K. The glow curve of the CVD diamond thin film produced one dominant 560-K peak that was caused by first-order kinetics. Its activation energy and the escape frequency were calculated to be 0.92 ~ 1.05 eV and 1.34 $\times$ 10$^{7}$ sec$^{-1}$ , respectively. The emission spectrum at 560 K was split into 1.63-eV, 2.60-eV, and 3.07-eV emission bands which is known to be attribute to silicon-vacancy center, A center, and H3 center, respectively.
This paper describes the preparation of boron-doped polycrystalline diamond thin film whose electrical resitivity is lower than $10^{-1}\Omega$cm. The 1$\times$1$\textrm{mm}^2$ microelectrodes, its conducting line with 0.2mm wide and 0.5$\times$0.5$\textrm{mm}^2$ pads was patterned by reactive ion beam etching. A glucose microsensor based on diamond film microelectrode and pyramidal containment produced on silicon by anisotropic etching was developed. Its advantages are high sensitivity and high stability.
Deposition of diamond films on Si(100) from the mixtures of methane and hydrogen were investigated using hot W filament CVD method. The nucleation density could be increased thousandfold by surface treatment with SiC powder. Upon oxygen addition to the mixture, crystal facets became developed more clearly by selectively removing non-diamond carbons, but the film growth rate generally decreased. However, at a very high methane content(e.g. 10%), a small amount of oxygen addition has resulted in an increase in the film deposition rate presumably by promotion of methane decomposition. When the gas pressure was varied, the growth rate exhibited a maxiumum at around 20torr and the film crystallinity steadily improved with the pressure increase. The observed variation of the growth rate by oxygen addition was discussed in terms of its role in the pyrolysis and the subsequent gas phase reactions.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1999.11a
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pp.42-48
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1999
An experimental study was performed to discover the effect of environment on the tribological behavior of Si-incorporated diamond-like carbon(Si-DLC) film slid on a steel ball. The films were deposited on Si(100) wafers from radio-frequency glow discharge of mixtures of benzene and dilute silane gases. Experiments using a ball-on-disk test-rig was performed under vacuum, dry air and ambient air conditions. It was observed that coefficient of friction was decreased as the environmental condition changes from vacuum, to dry air. It was also observed that the coefficient of friction decreased with increasing silicon concentration in the film. Chemical analyses of debris suggested that the low and stable friction coefficient is closely related to the silicon rich oxide debris and the rolling action.
Diamond-like carbon(DLC) thin films with interlayer were deposited on silicon substrate using a reactive sputtering method. The thermal stability of the films was investigated by annealing the films for 1hr in air in the range of 100 to $500^{\circ}C$. The $I_D/I_G$ ratio increased with increasing temperature as related to the $sp^3-to-sp^2$transition. Accordingly, G-position shifting started from $150^{\circ}C$ in the DLC films and from $270^{\circ}C$ in the a-Si/DLC films. Moreover, in the case of the a-Si/DLC films the film still observed even after annealing at $500^{\circ}C$. The thermal stability of the reactive sputtered DLC films appeared to be improved by the a-Si interlayer.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.7
no.3
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pp.118-122
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2006
Diamond-like carbon (DLC) films were prepared on silicon substrates by the RF PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method using methane $(CH_4)$ and hydrogen $(H_2)$ gas. We examined the effects of the post annealing temperature on the tribological properties of the DLC films using friction force microscopy (FFM). The films were annealed at various temperatures ranging from 300 to $900^{\circ}C$ in steps of $200^{\circ}C$ using RTA equipment in nitrogen ambient. The thickness of the film was observed by scanning electron microscopy (SEM) and surface profile analysis. The surface morphology and surface energy of the films were examined using atomic force microscopy and contact angle measurement, respectively. The hardness of the DLC film was measured as a function of the post annealing temperature using a nano-indenter. The tribological characteristics were investigated by atomic force microscopy in FFM mode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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