圆柱谐振腔式微波等离子体金刚石膜CVD沉积室的FDTD模拟与优化

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术被认为是制备高质量金刚石膜的一种最重要的技术手段。对微波等离子体金刚石膜沉积装置进行模拟与优化,可大大减少设计和改进MPCVD装置时所需要的时间与成本。本文在结合使用谐振腔质量因子和沉积台上方等离子体的密度与分布两个优化判据的基础上,采用Matlab语言和时域有限差分方法,模拟了圆柱谐振腔式微波等离子体金刚石膜沉积装置,并对其主要尺寸进行了优化。     

一种用于金刚石膜沉积装置的重入式微波谐振腔

微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的重要方法,而MPCVD技术的关键是其设备核心部件谐振腔的设计。本文基于目前广泛应用的圆柱式和椭球式两种MPCVD谐振腔中微波传输的特点和其各自的优点,提出了一种重入式微波谐振腔的设计构想,并利用数值模拟的方法对这一构想进行了验证。模拟的结果表明,微波在重入式微波谐振腔内外壁之间的路径传输后,可在金刚石膜沉积台处形成一最强且相对均匀的电场。在相同的输入功率下,其形成的最大电场强度高于圆柱式和椭球式两种谐振腔时的情况。由于重入式的微波谐振腔具有结构简单、频率易于调节的优点,因而这一构想可为设计制造新型的MPCVD金刚石膜沉积设备提供参考依据。     

水冷反应室式MWPCVD制备金刚石膜装置研制

微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)是制备金刚石膜的一种重要方法.为了获得金刚石膜的高速率大面积沉积,研制成功了水冷反应室式MWPCVD制备金刚石膜的装置.装置在微波输入功率为3.0 kW时能长时间稳定运行,并在硅衬底上沉积出金刚石膜.     

水冷反应室成MWPCVD制备金刚石膜装置研制

微波等离子体化学气相沉积（MWPCVD）是制备金刚石膜的一种重要方法。为了获得金刚石膜的高速率大面积沉积,研制成功了水冷反应室式MWPCVD制备金刚石膜的装置,装置在微波输入功率为3.0kW时能长时间稳定运行,并在硅衬底上沉积出金刚石膜。     

微波等离子体化学气相沉积系统谐振腔研究

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法是目前最有发展前景的高质量金刚石薄膜沉积方法之一,但由于谐振腔中微波与等离子体之间强烈的相互作用,人们很难根据经验对谐振腔进行改进,本文利用HFSS软件对不锈钢式MPCVD的谐振腔进行了模拟,通过分析谐振腔内电场以及等离子体的分布,对谐振腔的主要参数进行了优化处理,并根据模拟结果设计出谐振腔系统,在一定条件下,沉积出了优质的金刚石膜,沉积速率可达到0.33 μm/h.     

基片位置对MWPCVD制备金刚石薄膜的影响

在石英钟罩式微波等离子体化学气相沉积实验装置中研究了基片位置对金刚石薄膜沉积质量的影响。扫描电子显微镜显微形貌观察和激光喇曼谱分析表明 ,对微波等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜而言 ,基片位置处于近等离子体球下游区域将有利于改善金刚石薄膜沉积质量。     

CVD金刚石薄膜的介电性能研究

对直流电弧等离子体ＣＶＤ制备的金刚石薄膜的介电性能进行了研究，结果表明，金刚石薄膜的介电性能主要取决于样品的多昌性质以及表面和晶界处的非金刚石相和杂质成分。     

基片位置对MWPCVD制备金刚石薄膜的影响

在石英钟罩式微波等离子体化学气相沉积实验装置中研究了基片位置对金刚石薄膜沉积质量的影响。扫描电子显微镜显微形貌观察和激光喇曼谱分析表明，对微波等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜而言，基片位置处于近等离子体球下游区域将有利于改善金刚石薄膜沉积质量。     

大面积光学级金刚石自支撑膜制备、加工及应用

大面积光学级金刚石自支撑膜的制备和加工是近年来在CVD金刚石研究领域的最重要的技术进展之一.在军事和民用光学领域有非常重要的应用前景.本文综述了北京科技大学近年来在CVD金刚石膜光学应用领域的研究进展.给出了采用高功率直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet)CVD工艺制备大面积光学级金刚石自支撑膜的研究结果,并报导了对所制备的光学级金刚石自支撑膜的光学、力学(机械)、热学、微波介电性能和抗激光损伤等方面的最新研究结果.     

大功率直流等离子体发生器的设计

本文对直流等离子体喷射低压化学气相沉积金刚石薄膜设备中所需要的等离子体发生器进行了研究设计，其特点是喷口直径及功率较大，适合高速率沉积金刚石薄膜的要求。     

甲烷浓度对金刚石薄膜质量的影响

纳米金刚石薄膜具有优异的性能,已在多个领域获得广泛应用.但微波等离子体化学气相沉积制备的金刚石薄膜质量却严重受沉积工艺的影响,为了深入了解沉积工艺对制备的金刚石薄膜质量的影响,本文详细研究了甲烷浓度对微波等离子体化学气相沉积( MPCVD)金刚石薄膜质量的影响,利用扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及原子力显微镜对其进行...     

高品质金刚石膜微波等离子体CVD技术的发展现状

金刚石膜拥有许多优异的性能。在制备金刚石膜的各种方法之中,高功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法因其产生的等离子体密度高,同时金刚石膜沉积过程的可控性和洁净性好,因而一直是制备高品质金刚石膜的首选方法。在世界范围内,美、英、德、日、法等先进国家均已掌握了以高功率MPCVD法沉积高品质金刚石膜的技术。但在我国国内,高功率MPCVD装备落后一直是困扰我国高品质金刚石膜制备技术发展的主要障碍。首先综述国际上高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术的发展现状,包括各种高功率MPCVD装置的特点。其后,回顾了我国金刚石膜MPCVD技术的发展历史,并介绍北京科技大学近年来在发展高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术方面取得的新进展。     

微波等离子体化学气相沉积——一种制备金刚石膜的理想方法

综述了微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备金刚石膜技术,表明MPCVD是高速、大面积、高质量制备金刚石膜的首选方法。介绍了几种常用的MPCVD装置类型,从MPCVD装置的结构特点可以看到,用该类型装置在生长CVD金刚石膜时显示出独特的优越性和灵活性。用MPCVD法制备出的金刚石膜其性能接近甚至超过天然金刚石,并在多个领域得到广泛应用。     

Implementation of the time-modulated process to produce diamond films using microwave-plasma and hot-filament CVD systems

A newly developed process called time-modulated chemical vapour deposition (TMCVD) was employed to deposit smooth polycrystalline diamond films onto silicon substrates using both microwave plasma CVD (MPCVD) and hot-filament CVD (HFCVD) systems. The distinctive feature of the TMCVD process, which separates it from the conventional diamond CVD process, is that it pulses methane (CH₄) at different flow rates for different time durations into the vacuum reactor during the entire diamond CVD process. Generally, both MPCVD and HFCVD systems produced results that displayed similar trends, except that the growth rate results obtained using the two CVD systems were conflicting. In comparison to the conventional CVD diamond films, the time-modulated films, deposited using both MPCVD and HFCVD techniques, were generally found to be (i) smoother, (ii) consisted of smaller diamond crystallites and (iii) displayed approx. similar film quality. The diamond-carbon phase purity of the as-grown films was assessed using Raman spectroscopy. In addition, the surface roughness, Ra, values of the deposited films were obtained using surface profilometry.     

系统压强对微波等离子体化学气相沉积金刚石成核的影响

为了在氧化铝上制备（100）定向织构的金刚石薄膜,必须先提高金刚石的成核密度,在微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）系统中,采用低压成核的方法,在氧化铝陶瓷上沉积出高成核密度的金刚石薄膜,扫描电镜显示其成核密度可达10^8cm^-2。在此基础上,沉积出（100）织构的金刚石薄膜。     

微波CVD金刚石热沉片的制备研究

采用化学气相沉积法（CVD）制备的金刚石薄膜具有接近于天然金刚石的导热性能,是目前最为理想的热沉材料。利用微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）制备了金刚石热沉片,并在此基础上研究了不同沉积工艺对金刚石热沉片散热性能的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）和激光拉曼光谱（Raman）检测了薄膜的表面形貌及纯度,金刚石热沉片的导热性能则通过测量封装LED后薄膜的散热效果来进行表征。结果表明,在其他条件不变的情况下,提高生长过程中的微波输出功率、降低反应气压以及增加基片温度有利于制备出散热性能更佳的金刚石热沉片。     

钼片上CVD金刚石膜的界面研究

借助金相显微镜，ＳＥＭ、ＥＤＸＡ对钼片上ＣＶＤ金刚石膜的界面形貌和成分进行了研究，对比了加磁场与不加磁场所沉积的金刚石膜的横民面形态特征，结果表明：加磁场与否在ＣＶＤ金刚石膜和钼基体之间均存在数μｍ厚的Ｍｏ２Ｃ中间层，它呈细小柱状昌方式生长，该层以下的钼基体发生了再结晶细化；加磁场沉积的金刚石膜较致密，（显微）空隙数量较小、金刚石颗粒尺寸较小、金刚石膜背面粘附较多的Ｍｏ２Ｃ聚集物。压痕试验法评定的     

金刚石膜在多孔硅发光中的应用

采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法成功地在多孔硅上沉积出均匀、致密的金刚石膜。光致发光测量表明,金刚石膜可以有效稳定多孔硅的发光波长和发光强度,具有明显的钝化效应。金刚石膜的这个特点再加上高硬度特性使金刚石膜成为多孔硅的一种潜在的钝化膜。     

砷化镓衬底CVD金刚石薄膜辐射探测器的研究

在砷化镓（GaAs）衬底上采用微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）制备了金刚石薄膜,并对制备的薄膜进行抛光、表面氧化、退火等处理以提高薄膜质量,再用磁控溅射法在薄膜表面沉积金（Au）铝（Al）电极,制备了简易的CVD金刚石薄膜辐射探测器。采用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱（Raman）技术对制得的金刚石薄膜质量进行了分析研究。结果表明,薄膜为[100]晶面取向,表面平整,杂质含量低。采用5.9keV55FeX射线对所制备的探测器进行辐射实验,测出其光电流和暗电流特性,从而对辐射探测器性能进行了表征。     

掺硼对超纳米金刚石薄膜的影响

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,利用氩气、甲烷、二氧化碳混合气体,制备出平均晶粒尺寸在7.480 nm左右,表面粗糙度在15.72 nm左右的高质量的超纳米金刚石薄膜;在此工艺基础上以硼烷作为掺杂气体,合成掺硼的金刚石薄膜.表征结果显示在一定的浓度范围内随着硼烷气体的通入,金刚石薄膜的晶粒尺寸及表面粗糙度增大、结晶性变好,不再具有超纳米金刚石膜的显微结构和表面形态;同时膜材的物相组成也发生改变,金刚石组份逐渐增多,并且膜层内出现了更明显的应力以及更好的导电性能.