Al2O3陶瓷上金刚石膜生长工艺优化及α粒子响应

采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法在氧化铝陶瓷衬底上沉积金刚石膜，并制作梳状电极的α粒子探测器．通过优化薄膜生长条件，发现酒精浓度为0.8%、沉积温度为850℃时，金刚石薄膜的介电常数最接近单晶金刚石膜，X射线衍射、喇曼光谱及扫描电子显微镜测试表明金刚石膜的质量较好.探测器的I-V测试结果表明暗电流在1e－8～1e－7A之间，α粒子（241Am 5.5MeV）辐照下电流为1e－5～1e－4A．     

金刚石薄膜在粒子探测器中的应用

本文分析了金刚石薄膜作为粒子探测器的优势和劣势，介绍了金刚石薄膜粒子探测器的机理和电极结构、“探测器级”金刚石薄膜的主要制备方法和金刚石薄膜粒子探测器的发展水平，同时报道了我们制备的金刚石薄膜探测器在X射线和α粒子辐照下的响应测试结果，并分析了实现高性能探测器的障碍。     

薄膜取向性对金刚石紫外光探测器性能的影响

国际上一般采用任意取向的多晶薄膜作为探测级材料,所以电荷收集效率较低以至于灵敏度受到限制.本实验采用不同取向的多晶金刚石薄膜制作紫外光探测器,研究了薄膜取向性对探测器性能的影响,为进一步提高金刚石薄膜紫外光探测器的性能提供理论和实验依据.采用热丝辅助化学气相沉积(HFCVD)法,获得了晶粒尺寸接近的不同取向的金刚石薄膜.通过微电子加工工艺制备了不同取向的金刚石薄膜紫外光叉指结构探测器.研究表明,探测器性能与金刚石薄膜晶粒取向密切相关,使用(100)取向薄膜所获得的探测器性能明显得到改善,在225 nm紫外光下的光电流-暗电流之比以及190～700 nm波长范围内的紫外/可见分辨率均优于其它取向.     

金刚石高频SAW器件中关键材料的制备研究

采用热丝化学气相沉积(CVD)法制备了自支撑金刚石膜,再通过射频磁控溅射法沉积氧化锌薄膜在自支撑金刚石膜上。通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)以及原子力显微镜(AFM)测试自支撑金刚石膜的表面形貌,结果表明,自支撑金刚石膜的成核面非常光滑,粗糙度约为10 nm;拉曼光谱显示成核面在1 333 cm-1附近有尖锐的散射峰,与金刚石的sp3键相对应,非金刚石相含量很少;X-射线衍射分析(XRD)显示,沉积在自支撑金刚石膜上的氧化锌薄膜为高度的c轴择优取向生长。     

氮气压强对脉冲激光沉积类金刚石薄膜和红外光学特性的影响

为了研究氮气压强对脉冲激光沉积(PLD)类金刚石(DLC)薄膜和红外光学特性的影响,在脉冲激光沉积类金刚石薄膜的实验过程中,把沉积腔抽真空到10-5Pa,再在沉积腔中分别充入10-3、10-2和10-1Pa的氮气来沉积类金刚石薄膜。用拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)对类金刚石薄膜的微结构与组成进行检测分析;用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行检测分析;用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对类金刚石薄膜的红外光透射谱进行检测分析。实验结果表明,沉积腔中的氮气压强从10-3Pa增加到10-1Pa时,类金刚石薄膜中sp3键含量增加;C-O和C=O含量减少;石墨晶粒尺寸减小;薄膜表面粗糙度显著增大。与此同时,氮气压强增加还导致类金刚石薄膜对红外光的增透作用减弱、增透范围变窄。     

金刚石薄膜紫外光探测器电流—电压特性的研究

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备了1.8 μm、2.5 μm和3.1 μm三种晶粒尺寸的金刚石薄膜,并制作了共平面光电导探测器.采用光学显微镜和拉曼光谱仪研究了薄膜的结构和表面形貌.电流-电压(I-V)特性测试结果表明,探测器性能与金刚石薄膜晶粒大小密切相关,随着晶粒尺寸的增加,光电流/暗电流之比以及净光电流均提高.     

磁约束微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜

采用国内研制的电子回旋共振化学气相沉积(ECRCVD)设备,在单晶硅衬底上沉积了金刚石薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光拉曼谱仪(RAM)的测试,证明所沉积的薄膜具有明确的金刚石特征。所采用的ECRCVD设备,具有低压沉积、大面积均匀和低温生长的优点。这种方法在合成金刚石光学膜、半导体膜以及其它薄膜方面,很有发展潜力。     

一种新的ZnO/金刚石薄膜结构紫外光探测器

不同晶粒大小、高度c轴取向的氧化锌薄膜通过射频反应磁控溅射法成功地沉积在自支撑金刚石薄膜的成核面上.紫外光辐照下,ZnO/金刚石薄膜结构紫外光探测器有明显的光响应特性.探测器的暗电流、光电流与ZnO薄膜的晶粒尺寸及质量有关.在+10 V偏压条件下,氧化锌薄膜的晶粒尺寸越大,则探测器的暗电流越小而光电流越大.光电流的时间依赖性证实了载流子的陷阱效应.     

利用脉冲准分子激光在ZnS上沉积类金刚石薄膜

利用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术,通过对激光等离子体的粒子成分以及空间分布的诊断,实现了等离子体成分的选择性沉积。在不降低光谱范围和透过率指标的前提下,解决了类金刚石(DLC)薄膜和硫化锌(ZnS)基底的牢固结合问题;通过改进基底平台的扫描方式,在激光烧蚀沉积工艺中沉积了80mm的大面积均匀类金刚石薄膜。制备的类金刚石/ZnS镀膜样品,光谱范围为0.53~12μm,其中1.3~11μm波段透过率在70%以上,膜层均匀性优于95%,可耐受环境湿度95%~100%,工作温度-45~85℃,附着力达到国军标要求。研究表明,利用类金刚石薄膜可以明显提高ZnS材料的耐冲击、耐高温、耐辐射和抗沙粒、盐、雾和尘埃的磨损侵蚀等能力。     

不同取向金刚石薄膜的红外椭圆偏振光谱特性研究

采用红外椭圆偏振光谱仪对HFCVD方法所制备的不同取向金刚石薄膜的光学参数进行了测量.结果表明(001)取向金刚石薄膜具有较佳的光学质量,在红外波段基本是透明的.在2.5~12.5μm红外波长范围内,(001)取向金刚石膜的折射率和消光系数几乎不随波长的改变而变化,折射率为2.391,消光系数在10-5范围内;对于(111)取向金刚石膜,其折射率和消光系数随波长的改变有微小变化,折射率和消光系数都低于(001)取向膜.通过计算拟合得到(001)取向金刚石膜的介电常数为5.83,优于(111)取向膜.