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Study and characterization of diamond surface for biosensoring applications

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1.1– General properties Activation T act P Flow rate Growth rate Area tecnique [ ◦ C] [mbar] [sccm] [μm/h] [cm 2 ] Hot filament ≤ 2800 10 - 100 ≤ 2000 0.2 - 1.5 ≤ 50000 Flame ∼ = 3100 1000 ≤ 2000 50 - 200 ∼ = 1 Microvawe Plasma 3000 - 4000 20 - 250 ≤ 2000 ≤ 15 ≤ 1000 DC- plasma 5000 ∼ = 200 20 - 1000 ≤ 250 ≤ 400 Table 1.2. Comparison of different deposition techniques parameters [33] Thermodynamically, graphite, not diamond, is the stable form of solid carbon at the T and P occuring during the CVD process. The fact that diamond films can be formed by CVD techniques is inextricably linked to the presence of hydrogen atoms, which are generated as a result of the gas being ”activated”, either thermally or via electron bombardment. These H atoms are believed to play a number of crucial roles in the CVD process (fig.1.5): • they undergo H abstraction reactions with stable gas-phase hydro- carbon molecules, producing highly reactive carbon-containing radi- cal species. This is important, since stable hydrocarbon molecules do not react to cause diamond growth. The reactive radicals, especially methyl, CH 3 , can diffuse to the substrate surface and react, forming the C-C bond necessary to propagate the diamond lattice; • H-atomsterminatethedangling carbonbondsonthegrowingdiamond surface and prevent them from cross-linking, thereby reconstructing to a graphite-like surface; • atomic hydrogen etches both diamond and graphite but, under typi- cal CVD conditions, the rate of diamond growth exceeds its etch rate while for other forms of carbon (graphite, for example) the converse is true. This is believed to be the basis for the preferential deposition of diamond rather than graphite. The surface morphology obtained during CVD depends critically upon the gas mixing ratio and the substrate temperature. Under ’slow’ growth conditions - low CH 4 partial pressure, low substrate temperature - it is pos- sibletoobtainamicrocrystallinefilm,withtriangular(111)facetsbeingmost 13
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Study and characterization of diamond surface for biosensoring applications

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Informazioni tesi

  Autore: Micaela Castellino
  Tipo: Tesi di Dottorato
Dottorato in Fisica Fondamentale, Applicata ed Astrofisica
Anno: 2007
Docente/Relatore: Ettore Vittone
Correlatore: AlbertoPasquarelli
Istituito da: Università degli Studi di Torino
Dipartimento: Dipartimento di Fisica Sperimentale
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 180

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Parole chiave

hydrogenation
oxidation
neurons
biosensor
diamond
xps
contact angle
hfcvd
ups
electrical measurements

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