低浓度氮气对单晶金刚石生长质量的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法在CH_4/H_2反应气体中引入不同低浓度氮气条件下,研究氮气对单晶金刚石生长质量的影响。利用发射光谱、拉曼光谱以及扫描电子显微镜对单晶金刚石质量进行表征。结果表明:随着气源中氮气浓度的增加,单晶金刚石增长速率随之增加,表面多晶缺陷得到抑制,且Raman光谱法测得一阶特征拉曼峰随着氮气浓度的提高而向高波数移动,呈现出压应力,整体质量变差。经过退火过程之后,引入氮原子的单晶金刚石生长拉应力得到释放,样品呈现出拉应力。     

MPCVD法中氮气对单晶金刚石生长机理影响的探究北大核心CSCD

在微波等离子体化学气相沉积法同质外延生长单晶金刚石的过程中添加不同浓度的氮气,利用发射光谱、拉曼光谱等测试手段探究不同浓度氮气对等离子体以及单晶金刚石生长质量和速率的影响,通过分析等离子体内部基团强度的变化探究添加氮气对单晶金刚石生长机理的影响。探究发现:氮气的添加对于等离子体内基团的种类并没有明显改变,但随着氮气浓度的升高,CN基团的基团强度具有明显升高的趋势,C2基团的基团强度不断降低,单晶金刚石的生长速率不断提高。氮气并不是通过提高甲烷的离解度来产生更多的C2基团从而促进单晶金刚石的生长,而是作为一种催化剂加快单了晶金刚石表面的化学反应。当氮气浓度低于0.5%时,单晶金刚石的生长速率提高幅度较大且生长质量良好。但当氮气浓度超过0.8%时,单晶金刚石的生长速率逐渐趋近于饱和,且非金刚石相不断增多,生长质量不断降低,因而通入氮气的最佳浓度应该低于0.5%。     

金刚石薄膜在第一壁材料表面的应力研究

目的 提出在第一壁材料(钨穿管部件)表面沉积金刚石薄膜,并系统研究金刚石薄膜厚度对应力的影响。方法 采用数值模拟和实验表征方法。利用ANSYS workbench模拟软件,在建立钨穿管部件表面金刚石薄膜有限元模型及模型方程的基础上,对影响金刚石薄膜热残余应力的厚度因素进行探讨;采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),在钨穿管部件表面沉积不同厚度的金刚石薄膜,并利用拉曼光谱法和洛氏硬度计压痕法对薄膜的应力进行表征。结果 模拟显示,随着金刚石薄膜厚度增加,薄膜最大主应力值和最大剪应力值均呈现出先减少后增加趋势,在薄膜厚度为75~100 μm时处于最低,小于金刚石薄膜通常的断裂强度(700 MPa),同时最大应力落差区域出现在薄膜边缘处。通过实验表征得到金刚石薄膜表面呈现出拉应力,在薄膜厚度为(103.56±0.5)μm时,金刚石薄膜中间区域应力值最低,与VDI3198标准对比,压痕坑达到HF1和HF2效果。结论 钨穿管部件表面金刚石薄膜厚度为(103.56±0.5)μm时,不容易出现裂纹和与基底的剥离现象,具有较好的附着性。     

温度对MPCVD法同质外延单晶金刚石缺陷的影响

利用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法在含有缺陷的单晶金刚石种晶上进行同质外延生长实验,在其他沉积参数保持相同的情况下,研究温度对生长的单晶金刚石缺陷的影响。通过发射光谱、拉曼光谱以及SEM对单晶金刚石进行表征。实验结果表明:单晶金刚石温度越高,金刚石表面的等离子体发射光谱中的谱线强度比值I（C₂）/I（H_α）也越高;而电子温度越低,等离子体中粒子间的碰撞更加剧烈。在740℃沉积时,单晶金刚石表面会在同质外延生长后出现从缺陷处贯穿的裂痕;在780和820℃沉积时,单晶金刚石表面缺陷有被抑制和覆盖的趋势,缺陷面积减小;而在860℃沉积时,缺陷面积扩大且凸起更为明显。因此,在适宜温度下生长的单晶金刚石质量较好,金刚石特征峰偏移小、应力较小;温度过高或不足,金刚石特征峰向低波数偏移程度较大,压应力较大。      

MPCVD法中氮气对单晶金刚石生长机理影响的探究

在微波等离子体化学气相沉积法同质外延生长单晶金刚石的过程中添加不同浓度的氮气,利用发射光谱、拉曼光谱等测试手段探究不同浓度氮气对等离子体以及单晶金刚石生长质量和速率的影响,通过分析等离子体内部基团强度的变化探究添加氮气对单晶金刚石生长机理的影响。探究发现:氮气的添加对于等离子体内基团的种类并没有明显改变,但随着氮气浓度的升高,CN基团的基团强度具有明显升高的趋势,C2基团的基团强度不断降低,单晶金刚石的生长速率不断提高。氮气并不是通过提高甲烷的离解度来产生更多的C2基团从而促进单晶金刚石的生长,而是作为一种催化剂加快单了晶金刚石表面的化学反应。当氮气浓度低于0.5%时,单晶金刚石的生长速率提高幅度较大且生长质量良好。但当氮气浓度超过0.8%时,单晶金刚石的生长速率逐渐趋近于饱和,且非金刚石相不断增多,生长质量不断降低,因而通入氮气的最佳浓度应该低于0.5%。     

MPCVD中双基片台结构对单晶金刚石生长的影响

在波导耦合的微波等离子体化学气相沉积制备金刚石的装置中引入双基片台结构,用光谱仪测量等离子体的发射光谱,用Raman光谱仪和SEM分析生长的单晶金刚石的Raman位移和表面形貌,对比研究双基片台结构对等离子体发射光谱和单晶金刚石生长的影响。研究表明:双基片台结构可以提高等离子体的功率密度。在相同的沉积参数下,双基片台结构有利于提高等离子体发射光谱的强度,从而显著提高单晶金刚石的生长速率,最快可达到24 μm/h。生长的单晶金刚石具有金刚石Raman特征峰的偏移度更小,Raman特征峰的半高宽更窄,非金刚石相含量更少的特点。      

低浓度氮气对单晶金刚石生长质量的影响北大核心CSCD

利用微波等离子体化学气相沉积法在CH_4/H_2反应气体中引入不同低浓度氮气条件下,研究氮气对单晶金刚石生长质量的影响。利用发射光谱、拉曼光谱以及扫描电子显微镜对单晶金刚石质量进行表征。结果表明:随着气源中氮气浓度的增加,单晶金刚石增长速率随之增加,表面多晶缺陷得到抑制,且Raman光谱法测得一阶特征拉曼峰随着氮气浓度的提高而向高波数移动,呈现出压应力,整体质量变差。经过退火过程之后,引入氮原子的单晶金刚石生长拉应力得到释放,样品呈现出拉应力。