Синтез и обработка новых неорганических материалов с использованием плазмы и микроволнового излучения

Объектами исследования являются процессы выращивания легированных нанокристаллических алмазных пленок, обеспечивающих высокую способность автоэлектронной эмиссии в холодных катодах, а также нелегированных нанокристаллических алмазных пленок, пригодных для применения в качестве эффективных диэлектриков. Основными задачами данной работы являлись определение режимов работы CVD реактора (состава, давления и потока газовой смеси, температуры подложки) для нанесения на кремниевую подложку пленок с необходимой морфологией, шероховатостью и содержанием примеси. Исследование характеристик (морфология, структура, концентрация примеси) осаждаемых пленок в зависимости от параметров осаждения. Отработка методики нанесения тонких 0,05-1 мкм нанокристаллических алмазных пленок (в том числе многослойных) на кремниевые пластины. Измерения токов автоэлектронной эмиссии катодов на основе легированных нанокристаллических алмазных пленок и сравнение эмиссионных характеристик катодов на основе пленок с различным типом легирования. А также исследования нелегированных нанокристаллических алмазных пленок, пригодных для применения в качестве эффективных диэлектриков. В ходе выполнения работы были получены следующие результаты. Проведены исследования осаждения из газовой фазы в плазме, поддерживаемой СВЧ излучением на частоте 2.45 ГГц, нанокристаллических (в том числе многослойных) алмазных пленок с различной степенью легирования (содержание примеси 1018-1021 см-3) как азотом и фосфором (n-тип проводимости), так и бором (р-тип проводимости) для последующего использования в качестве холодных катодов и фотокатодов для фотоинжекторных ускорительных комплексов. Установлено, что морфология пленок, их проводимость и содержание доли неалмазной фазы в плёнках сильно зависят от режима осаждения, что в свою очередь оказывает заметное влияние на их эмиссионные свойства. Исследованы нелегированные нанокристаллические алмазные пленки толщиной менее одного мкм, выращенные на кремнии Si(100) методом плазмохимического 4 осаждения из газовой фазы в плазме, поддерживаемой СВЧ излучением на частоте 2.45 ГГц. Для получения алмазных диэлектрических пленок с максимальным удельным сопротивлением было исследовано осаждение пленок в трех газовых смесях: водород-метановой смеси, в водород-метановой смеси с добавкой кислорода и в водород-метановой смеси с добавкой инертного газа. Установлена связь между условиями роста, структурными и электрическими свойствами нанокристаллических алмазных пленок. Показано, что для применения нанокристаллических алмазных пленок в качестве эффективных диэлектриков необходим предварительный высокотемпературный отжиг пленок, например, в вакууме при температуре 600°С в течение одного часа.