磁控溅射铱薄膜的表面形态与取向演变的控制优化

目的 研究磁控溅射制备金属Ir膜的过程中溅射参数对Ir膜表面微结构和晶体质量的影响,制备高质量(100)取向的外延Ir膜,为单晶金刚石的异质外延生长奠定重要基础。方法 通过磁控溅射技术在单一改变参数(溅射功率、溅射厚度)的条件下制备金属Ir膜,通过分析原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、电子背散射衍射等测试结果,研究了各条件对所制备Ir膜粗糙度、表面形貌、晶体结构和取向的影响,并通过摇摆曲线衡量真空退火对薄膜晶体质量的优化效果。结果 在(100)MgO衬底上外延生长的Ir膜具有均匀的微结构,该结构由规则且紧密的矩形颗粒排列而成。薄膜表面微结构特征尺寸随溅射功率升高而逐渐减小;当功率为45 W时,Ir(200)X射线衍射峰强度最大、半高宽最宽;而随着厚度的增大,Ir(200)X射线衍射峰的半高宽及强度均增大。经优化的Ir膜表面光滑(Ra<0.5nm)、薄膜晶体质量高(θ_FWHM<0.5°)。结论 功率、厚度和退火处理都会影响薄膜晶体质量和表面微结构尺寸,合适的功率和厚度结合退火处理能获得具有特定表面微结构的高质量Ir膜。     

直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法制备金刚石膜过程中冷阱的设计及作用

首先,介绍直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法的原理以及气体循环系统的设计和其优缺点;其次,详细介绍冷阱系统的设计及其工作原理;最后,使用拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱与光致发光光谱对比添加冷阱系统前后的金刚石薄膜的质量。结果表明:冷阱系统可以有效过滤循环气路中的热油气,避免杂质的掺入;在添加冷阱系统后,金刚石膜内掺入的杂质减少,金刚石拉曼峰半高宽降低到6.76 cm?1,接近于Ib型单晶金刚石的,且自支撑金刚石膜的晶体质量明显提高,光学透过率提升较大,在10.6 μm波长处达到68.4%。      

水热-离子交换法制备m-LiMnO_2及工艺优化

单斜层状m-Li Mn O2,合成方法单一且苛刻。为降低其成本及合成复杂性,以Na Mn O2为研究对象,用高温固相法将Mn2O3和无水Na2CO3合成α-Na Mn O2,在此研究钠与锰的浓度不同、煅烧温度不同、保温时间不同、有无碳粉保护的不同对α-Na Mn O2结构的影响。以得到的α-Na Mn O2为前驱体探究通过水热-离子交换法在不同条件下得到m-Li Mn O2,并对水热-离子交换法进行优化探索,效果优于目前的回流蒸馏法。     

SiNx介质薄膜制备及其对GaN表面金刚石形核生长的影响

SiNx作为GaN和金刚石异质结构的中间层，不仅是下层GaN材料的保护层，也是上层金刚石的形核生长层，因此SiNx介质薄膜对于GaN表面合成高质量金刚石具有重要的意义。研究分别采用低压化学气相沉积（LPCVD）和磁控溅射（MS）方法在GaN-Si衬底上制备SiNx介质薄膜。利用扫描电镜、傅立叶红光光谱、X射线衍射、激光拉曼等技术对SiNx薄膜的表面形貌、晶体结构和表面官能团等进行分析。结果表明，采用LPCVD镀制的非晶态SiNx介质薄膜经籽晶播种、形核生长金刚石后，金刚石/SiNx/GaN界面完整致密；采用MS制备的SiNx介质薄膜呈晶态特征，对应的界面出现明显的刻蚀坑。沉积方式会影响SiNx薄膜的晶体结构和微观形貌，高致密度的非晶态结构有利于金刚石层快速形核生长，对于构建金刚石基GaN结构更为有利。     

CVD金刚石膜激光平整化效率和粗糙度

对化学气相沉积(CVD)多晶金刚石膜进行激光平整化的正交试验,使用场发射环境扫描电子显微镜(SEM)进行形貌分析,激光共聚焦扫描显微镜测量线粗糙度R_a、面粗糙度S_a和切缝锥度,分析激光参数对CVD膜平整化的影响。结果表明:影响切缝锥度的因素依次为脉冲宽度、脉冲频率、进给速度和激光电流,影响线粗糙度R_a的因素依次为进给速度、激光电流、脉冲频率、脉冲宽度。正交试验优化后,当激光电流为64 A、脉冲宽度为400 μs、脉冲频率为275 Hz、进给速度为100 mm/min时,可获得最佳的切槽表面形貌。采用该优化参数进行面扫描,测得面粗糙度S_a为11.7?μm;进一步增加入射角度至75°时,面粗糙度S_a降低至1.9 μm,实际去除效率达到1.1 mm3/min。      

偏压技术在金刚石薄膜制备中应用的进展

近年来,用偏压技术进行异质外延单晶金刚石生长并将其尺寸增大到英寸级以上。偏压技术强大的形核能力使其也可用于制备取向金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和超纳米金刚石薄膜。本文综述了国内外关于偏压技术的机理以及偏压的形式和设备等方面的研究现状,以及表面反应模型、热尖峰模型和亚层注入模型的机理。常用的偏压包括直流偏压、直流脉冲偏压、脉冲叠合偏压和双极性脉冲偏压。还介绍了偏压对金刚石薄膜组织和性能的影响,详细阐述了其对取向生长,二次形核率,无定形碳-石墨-金刚石相转变以及生长速率和结合力的作用规律和机理。加偏压能改变轰击粒子能量和特定基团的浓度、影响金刚石相的转变和晶粒取向和尺寸,进而影响金刚石薄膜的光,力,热,电学性能。还讨论了目前研究工作中存在的一些不足,如偏压作用的机理仍不清晰,对电子浓度变化,氢原子刻蚀的作用尚缺少明确的解释等。最后展望了偏压技术在金刚石制备领域未来的研究和应用方向。     

歧管式全金刚石微通道表面终端及换热性能

采用直流电弧等离子体喷射装置沉积金刚石膜，利用高能激光将其加工成Z型歧管式全金刚石微通道，对微通道进行氢等离子体处理、酸处理和氟等离子体处理后获得氢终端、氧终端和氟终端。通过搭建泵驱两相流体测试平台开展金刚石微通道换热性能测试。研究发现，在恒定热流处理过程中，随运行时间增加，氢终端歧管式全金刚石微通道疏水性能快速降低；氧终端的亲水性能降低后趋于稳定；氟终端表面最为稳定，其疏水特性经初期轻微降低后保持恒定。同时，发现氧终端和氟终端的歧管式全金刚石微通道对沸腾初期换热以核态沸腾为主导，其核态为泡状流和弹状流。继续加热，大量气泡汇聚形成环形流，此时薄膜蒸发成为主导机制。疏水性的氟终端微通道会加速气泡成核，在流动沸腾状态下传热性能要大于氟终端。气泡过度的形成造成逆流的发生，氧终端微通道可以延缓逆流的发生，表现出更高的沸腾起始点和临界热流密度。而在沸腾状态氟终端微通道的传热系数高于氧终端，氟终端为更加适合的制备疏水性金刚石热沉的表面改性技术。