低压气相生长金刚石薄膜成核机理的研究

本文论述了低压气相生长金刚石薄膜中活性原子团ＣＨ＿３和原子态氢在金刚石成核运动中的作用以及衬底材料性能对成核的影响，认为活性基ＣＨ＿３是生长金刚石的主要活性物质，它们在衬底表面的吸附、碰撞、聚集等构成了成核运动，原子氢在成核运动中的主要作用是参与ＣＨ＿３的脱氢反应和石墨相碳原子团的刻蚀反应，并且还有稳定ＣＨ＿３中ＳＰ￣３杂化轨道的作用。衬底材料性能对成核的影响在于晶格失配而导致的错配位错和晶格畸变所引起的界面势垒和晶核弹性能的增加。最后讨论了金刚石薄膜与衬底之间是否存在过渡层问题，认为过渡层不是金刚石唯一的成核区，它的存在与生长条件密切相关，并且解释了关于过渡层实验研究中遇到的相互矛盾的结论。     

金刚石薄膜低压气相生长中衬底表面缺陷的成核理论

在低压气相生长金刚石薄膜过程中,通过在衬底表面引入缺陷,通常是一种行之有效的提高成核密度的方法。但是,至今尚无公论的关于这种缺陷成核机制的详细报导和理论解释。本文在实验观测的基础上,提出了金刚石膜在衬底表面凹陷结构缺陷内成核的理论,并且讨论了该理论对于试图通过控制衬底表面缺陷来控制金刚石膜成核密度等人工微结构设计研究的意义。     

金刚石薄膜衬底表面预处理技术

本文介绍国内外低压合成金刚石薄膜中对衬底表面预处理的几种典型的工艺方法；探讨衬底表面预处理对低压下合成金刚石薄膜的影响。     

硬质合金YG8衬底直接沉积金刚石薄膜的探讨

在硬质合金衬底上直接沉积金刚石薄膜．总是伴随着石墨化过程．钴是促进石墨生长的积极因素。由于衬底温度决定氢原子的活性和钴的扩散方式．因而它是金刚石形核和生长的关键条件。在合适的衬底温度下，金刚石能形成均匀连续的薄膜。     

CVD金刚石薄膜的表面形貌研究

本工作采用HFCVD方法在Si、Mo衬底上生长出不同晶粒形貌的多晶金刚石薄膜,研究了生长条件(衬底温度、碳源浓度、反应压强)对金刚石薄膜晶粒形貌的影响。结果表明,在HFCVD方法中,金刚石薄膜晶粒形貌对生长条件十分敏感,生长条件的变化会导致不同形貌晶粒的生长。     

异质外延立方氮化硼薄膜的微结构研究

利用离子束辅助沉积技术在金刚石薄膜衬底上制备立方氮化硼薄膜,傅立叶变换红外谱的结果表明,在高度(001)织构金刚石薄膜衬底上沉积的立方氮化硼薄膜是纯的立方相,而在多晶金刚石薄膜衬底上制备的立方氮化硼薄膜中还含少量的六角氮化硼。高分辨透射电镜的分析表明,在金刚石晶粒上异质外延的c-BN直接成核于金刚石衬底,界面没有六角氮化硼过渡层;而在含有大量缺陷的晶粒边界,存在六角氮化硼的成核与生长。     

C60与金刚石薄膜成核关系的研究

采用热丝化学气相沉积法在覆盖C60膜的硅基片上沉积金刚石膜,研究了金刚石膜的成核与生长.实验结果表明,金刚石的成核密度可达1×106Cm-2,利用这种方法可实现衬底无损淀积金刚石膜.C60之所以能够促进金刚石成核,我们认为主要与C60分子本身独特的结构及H原子的激活作用有关.同时,高温下C60分解后残留的石墨等碳碎片以及C原子与衬底Si反应生成的SiC都可作为金刚石的成核位.     

宽禁带半导体金刚石

较详细地叙述了当前国内外正处在研究热潮中的金刚石半导体的优越性质、发展状况及其应用和潜在的应用前景.同时分析和比较了金刚石薄膜的各种制备方法,可以看出微波等离子体化学汽相沉积法是较好的制备金刚石薄膜的生长技术,并且分析了该技术的特点和优势.该法在保持适当氩气氛和施加衬底负偏压下还可进一步提高金刚石膜的生长速率和质量.对于金刚石异质(在硅衬底上)成核的基本机理也进行了分析.最后,阐述了研究金刚石半导体薄膜目前需要解决的关键问题及其发展方向.     

Si衬底气相生长金刚石薄膜的成核机制

本文根据热力学成核理论，研究了Ｓｉ衬底表面气相生长金刚石薄膜的成核机理，提出了与实验相符的理论分析。     

HFCVD方法沉积金刚石薄膜的生长研究

本文讨论了金刚石薄膜应用于光学领域所偶到的问题，研究了热丝方法生长应用于光学膜的金刚石薄膜过程中，衬底表面的预处理和沉积条件如碳源浓度、衬底温度等对制备膜晶粒尺度和晶粒间界以及膜表面形貌的影响。     

Growth of diamond films on si(100) with and without boron nitride buffer layer

Diamond films were grown on Si(100) and boron nitride deposited Si(100) substrates using hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) technique. Microstructure and morphology of diamond films have been investigated systematically as a function of CH₄ and H₂ ratio and the ambient pressure. The deposited films were characterized by employing techniques such as scanning electron microscopy (SEM) and laser Raman spectroscopy. The average size and growth rate of diamond particles were found to increase with the CH₄ to H₂ ratio and decrease with the ambient pressure. Maximum growth rate of synthetic diamond deposited on Si(100) was found to be ∼3.5 µm/hr for the film deposited at 20 Torr with CH₄:H₂ ∼ 1.5:100 (substrate temperature ∼850°C). In most of these depositions, the morphology of the diamond crystals was cubic with significant secondary nucleation at higher methane concentrations and ambient pressure. The diamond film deposited on Si(100) with BN buffer layer shows an improvement in growth rate and the coverage, and the secondary nucleation was found to be substantially reduced, resulting in relatively smooth morphology. MicroRaman investigations show less amorphous graphite formation and better structural quality of diamond film than the one deposited without the BN buffer layer. On leave from Department of Physics University of Poona, Pune-411007 INDIA     

热丝化学气相沉积法在CH4／H2混合气体中低温生长超薄纳米金刚石膜

用热丝化学气相沉积方法研究了低温(~550℃)和低反应气压(~7 Torr)下硅片上金刚石膜的成核和生长.成核过程中采用2.5%的CH4浓度,在经充分超声波预处理的硅片上获得了高达1.5×1011cm-2的成核密度.随CH4浓度的增加所成膜中的金刚石晶粒尺寸由亚微米转变到纳米级.成功合成了表面粗糙度小于4nm、超薄(厚度小于500nm)和晶粒尺寸小于50nm的纳米金刚石膜.膜与衬底结合牢固.膜从可见光至红外的光吸收系数小于2×104cm-1.用我们常规的HFCVD技术,在低温度和低压下可以生长出表面光滑超薄的纳米金刚石膜.     

氢原子侵蚀作用的研究

通过热力学计算和动力学分析，研究了热丝ＣＶＤ金刚石薄膜沉积过程中，氢原子对石墨相和金刚石相的侵蚀作用。结果表明；当衬底温度在８２３Ｋ－１２７３Ｋ间变化时，氢原子和石墨相反应的表观活化能小于氢原子和金刚石相反应的表观活化能，这是氢原子更易侵蚀石墨相的原因所在。     

RF—HFCVD生长高质量纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积 (RF HFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了高质量的纳米金刚石薄膜 .研究了衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性和光学性质的影响 ,其最佳值分别为70 0℃、2× 133Pa和 2 0 0W .在该条件下金刚石成核密度达 10 11cm-2 ,经 1h生长即获得连续薄膜 ,其平均晶粒尺寸为 2 5nm ,表面粗糙度仅为 5 5 ,在近红外区域 (80 0nm处 )的光透过率达 90 % .     

金刚石基底上制备(002)AlN薄膜的研究

首先采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在O2/H2/CH4混合气体气氛下利用大功率微波在(100)Si片上生长出了异质外延金刚石膜,X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的表征分析结果表明,制备的金刚石膜具有很高的金刚石相纯度,且晶粒排列紧密;继而采用射频磁控反应溅射法,在抛光的金刚石基底上成功制备了高C轴择优取向的氮化铝(AlN)薄膜,研究了不同的溅射气压、靶基距对AlN薄膜制备的影响,XRD检测结果表明,溅射气压低,靶基距短,有利于AlN(002)面择优取向,相反则更有利于AlN薄膜的(103)面和(102)面择优取向;研究了AlN薄膜在以N终止的金刚石基底和纯净金刚石基底两种表面状态上的生长机制,结果发现,以N终止的金刚石基底非常有利于AlN(002)面择优取向生长;从Al-N化学键的形成以及溅射粒子平均自由程的角度,探讨了其对AlN薄膜择优取向的影响。     

硅基氮化镓异质结材料与多晶金刚石集成生长研究

在50.8 mm(2英寸)硅基氮化镓异质结半导体材料上采用低压等离子体化学气相沉积方法淀积100 nm厚度的氮化硅材料,然后采用微波等离子体化学气相沉积设备在氮化硅层上方实现多晶金刚石材料的外延生长。采用氮化硅作为过渡层和保护层有效调控了材料应力,保护了氮化镓基材料在多晶外延过程中被氢等离子体刻蚀,使得外延前后氮化物异质结材料特性未发生明显退化。透射电子显微镜测试结果显示,样品具有良好的界面且在金刚石的晶界上存在非金刚石相。本次研究成功实现了氮化镓金刚石的异质集成生长,这对采用金刚石解决氮化镓基HEMT器件的散热问题具有重要意义。     

Growth and Isolation of Large Area Boron‐Doped Nanocrystalline Diamond Sheets: A Route toward Diamond‐on‐Graphene Heterojunction

Many material device applications would benefit from thin diamond coatings, but current growth techniques, such as chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition require high substrate and gas‐phase temperatures that would destroy the device being coated. The development of freestanding, thin boron‐doped diamond nanosheets grown on tantalum foil substrates via microwave plasma‐assisted CVD is reported. These diamond sheets (measuring up to 4 × 5 mm in planar area, and 300–600 nm in thickness) are removed from the substrate using mechanical exfoliation and then transferred to other substrates, including Si/SiO₂ and graphene. The electronic properties of the resulting diamond nanosheets and their dependence on the free‐standing growth, the mechanical exfoliation and transfer processes, and ultimately on their composition are characterized. To validate this, a prototypical diamond nanosheet–graphene field effect transistor‐like (DNGfet) device is developed and its electronic transport properties are studied as a function of temperature. The resulting DNGfet device exhibits thermally activated transport (thermionic conductance) above 50 K. Below 50 K a transition to variable range hopping is observed. These findings demonstrate the first step towards a low‐temperature diamond‐based transistor.     

基片预处理工艺对CVD金刚石成核行为的影响

本文采用微波等离子体辅助化学气相沉积工艺,对不同预处理的(100)单晶硅基片上金刚石的成核行为进行了初步研究,并利用定量金相及扫描电子显微镜分析了金刚石的成核速率及晶体特征。由此提出了用0.1μm超细金刚石粉对基片的研磨工艺。该工艺可有效提高金刚石成核率,从而有助于获得晶粒细小均匀,表面粗糙度低的金刚石薄膜。采用C60涂复并结合研磨工艺,使成核率获得了进一步提高。