[发明专利]用于CVD金刚石膜成核的化学连接的金刚烃

说明书

公开的是金刚石膜成核生长的改进方法。本发明还涉及此类金刚 石膜的新应用。

发明背景

可以以多种形状和尺寸获得金刚烃(diamondoid)。金刚烃是桥 -环环烷烃。低级金刚烃：单金刚烷(adamantane)、双金刚烷 (diamantane)和三金刚烷(triamantane)，分别由1、2和3个金刚石状 晶体笼构成。最近发现的从四金刚烷到十一金刚烷的高级金刚烃由 4-11个金刚石状晶体笼构成。美国专利6,815,569；6,843,851； 6,812,370；6,828,469；6,831,202；6,812,371；6,844,477；和 6,743,290中描述了这样的高级金刚烃，在此引用这些专利的全部内容 作为参考。

试图使用化学气相沉积(CVD)技术合成金刚石膜可追溯到20世 纪80年代以前。这些努力的结果是出现了新形式的碳，其本质上主要 是无定型的，然而其含有高度的sp³-杂化键，并因此表现出很多金刚 石的特征。为描述这样的膜创造了术语“类金刚石碳”(DLC)，虽然该 术语在文献中没有准确的定义。在“碳的奇妙世界”中，Prawer教导 到由于大多数类金刚石材料表现为键型的混合物，四配位的(或sp³杂化的)碳原子的比例是所述材料的“类金刚石”含量的量度。美国 专利6,783,589中描述了成功的CVD金刚石膜的产生，在此引用其全部 内容作为参考。其它讨论金刚石膜生长的出版物包括Spitsyn，B.V.， “金刚石在气相中的成核和纳米结构的金刚石膜的合成”，NATO Science Series II：Mathematics，Physics and Chemistry 155(纳 米结构薄膜和纳米分散加强的涂料)，123-136(2004)，Soga，T.； Sharda，T.；Jimbo，T.，“纳米结晶金刚石的CVD生长的前体，” Physics of the Solid State(Translation of Fizika Tverdogo Tela (Sankt-Peterburg)，46(4)，720-725(2004)；Jager，W.；Jiang，X.， “金刚石异质外延-成核，界面结构，薄膜生长，”Acta Metallurgica Sinica(英文字母)14(6)，425-434(2004)；Jiang，X.，“织构和异 质外延的CVD金刚石膜，”半导体和半金属76(金刚石膜I)，1-47(2003)； Iijima，S.，Aikawa，Y.& Baba K.“化学气相沉积中的金刚石颗粒 的生长，”J Mater Res.6，1491-1497(1991)；Philip J.，Hess，P， Feygelson T.，Butler J.E.，Chattopadhyay S.，Chen K.B.，and Chen L.C，“纳米结晶金刚石膜的弹性、机械、和热性能，”Journal of Appl. Physics V.93 #3(2003)。

类金刚石材料在微电子和其它应用中的潜力是无限的。尽管确实 存在产生CVD金刚石的很好的方法，但一直需要进一步改进。以前的成 核方法受限于它们只能产生多晶金刚石膜。多晶膜的应用，特别对于 电子学应用是有限的，因为金刚石微晶就其内部晶格骨架而言表现出 多种取向，并且被非金刚石晶粒的边界所分开。此外，以前的方法表 现出有限的成核密度，这能产生有限的表面覆盖度和由于大微晶的形 成造成的粗糙表面。

发明概述

在CVD沉积之前将金刚烃化学连接到希望的基材上提供了显著增 强CVD金刚石生产方法以及使CVD金刚石结构具有新用途的可能性。有 多种方法能够使金刚烃起独特的作用。