金刚石表面形态及表面金属镀层SEM研究

采用ＳＥＭ方法研究了金刚石表面花纹和缺陷，及金属镀层对金刚石性能的影响，结果表明，金刚石表面花纹对金刚石性能影响不大，金刚石表面缺陷降低金刚石性能，而金刚石表面金属镀层则提高金刚石性能，其中以超声波电镀，真空热蒸镀及化学镀三元合金效果最佳。     

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。     

硼掺杂及未掺杂金刚石薄膜的电学和光电导特性

用热丝辅助化学气相沉积法合成了未掺杂及Ｂ掺杂金刚石薄膜，测量了退火前后的电流一电压和光电导特性．实验结果表明，Ｈ原子对未掺杂金刚石膜的电学和光电导特性有很大影响．对于掺杂样品，随着Ｂ含量的增高，Ｂ的作用更加明显，而Ｈ的作用降低．合成的金刚石膜中存在着各种缺陷态，其中包含陷阶型缺陷态，它影响着光电导饱和值的大小和弛豫时间的长短．经６００℃退火后，样品的结构、缺陷态的种类、数量都发生变化，并改变了金刚石膜的电学及光电导特性．     

超宽禁带半导体金刚石功率电子学研究的新进展

以SiC/GaN为代表的第三代半导体功率电子学已成为当今功率电子学创新发展的主流,超宽禁带半导体金刚石功率电子学将有可能成为下一代固态功率电子学的代表,受到研究人员的广泛关注。介绍了金刚石功率电子学的最新进展,如金刚石单晶、金刚石化学气相沉积同质和异质单晶外延、金刚石多晶外延、金刚石二极管、金刚石MOSFET、金刚石结型场效应晶体管、金刚石双极结型晶体管、金刚石逻辑电路、金刚石射频场效应晶体管和金刚石上GaN HEMT等。还介绍了金刚石材料的大尺寸、低缺陷和p型及n型掺杂等制备技术,金刚石新器件结构设计,金刚石新器件工艺,转移掺杂H端-金刚石沟道和金刚石/GaN界面热阻等研究成果。分析了金刚石功率电子学的发展由来、关键技术突破和发展态势。     

常规与纳米金刚石薄膜介电性能的比较

用热丝CVD方法制备了常规和纳米金刚石薄膜。测量了其电阻率、介电常数和损耗角正切值。实验结果表明,常规金刚石薄膜的电导率、损耗角正切值均小于纳米金刚石薄膜,介电性能比较理想。两种薄膜的介电 常数基本相同,损耗角正切值在10^5Hz处都有弛豫极大值,表明在该频率范围内,主要为弛豫损耗机制。电导率和损耗的大小可能与晶界处缺陷和非金刚石相的多少有关。     

金刚石氮空位中心的研究进展及应用

综述了金刚石中氮空位(NV)中心的研究进展及应用。金刚石中NV中心是由一个氮原子取代金刚石中的一个碳原子,然后捕获周围的一个空穴形成的,是一种独特的荧光光散射吸收光谱晶格缺陷。首先介绍了金刚石晶体中NV中心的晶体结构以及光学和电学等基本性质。系统综述了金刚石中NV中心的国内外研究现状,包括在物理和生物等领域的重要应用。分析了其在磁场测量、温度测量、角速率测量的超高灵敏度优势,生物标记应用上的稳定性优势以及其他方面的独特的应用前景。指出了金刚石NV中心存在的可扩展性需提高和物理机制需继续研讨等问题,并且展望了金刚石NV中心未来的发展趋势。     

MPCVD金刚石膜的品质对其在K-Ka波段微波介电性能的影响

针对MPCVD金刚石膜K-Ka波段(18～40 GHz)微波电子器件领域的应用需求,以及探索金刚石膜介电性能与品质之间的关系的需要,制备了5个金刚石膜样品,并建立了一套K波段分体圆柱谐振腔微波介电性能测试装置。使用Raman光谱表征金刚石膜质量,采用K波段分体圆柱谐振腔测量金刚石膜的介电性能,并与Ka波段的结果进行比较。结果表明,不同品质的样品介电损耗在3.8×10~(-5)～76.8×10~(-5)范围内,且介电损耗与Raman半峰宽密切相关。同时,高品质金刚石膜K波段介电损耗高于Ka波段,而低品质的则呈现相反的结果。这是由于高品质金刚石膜介电损耗主要由导电性引起,而低品质金刚石膜内较高的缺陷密度导致单声子声学振动吸收和瑞利散射较大。     

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。     

EA-HFCVD 沉积纳米金刚石膜的光致发光分析

采用电子辅助-热丝化学气相沉积法(EA-HFCVD)在硅片上沉积出晶粒尺寸为30nm的均匀金刚石膜。生长过程中,预先加6A偏流生长1h,然后在0.8kPa条件下,无偏流生长3h。光致发光谱中存在4个发光中心分别位于1.682eV,1,564eV,1,518eV和1.512eV的发光峰。1.682eV处发光峰源于衬底硅原子掺杂于膜中引起的缺陷;其他发光峰源于金刚石晶格振动声子。光致发光强度越大对应的缺陷密度越大,从而降低了场发射域值电场强度,其关键可能源于金刚石膜电导型晶界。     

化学气相沉积金刚石薄膜／硅衬底界面的高分辨电子显微学研究

本文简单介绍了利用高分辨电子显微学方法，研究ＣＡＤ金刚石薄膜与硅衬底之间的界面显微。结果表明，金刚石可直接在硅衬底上形成局部外延生长，也可在二者之间的非晶过渡层上成核长大。对非晶层的成分及外延界面的失配缺陷进行了探讨。     

分子束外延HgCdTe/CdZnTe(211)B表面缺陷研究

HgCdTe材料的表面缺陷是造成探测器性能下降的主要原因之一。采用聚焦离子束（Focused Ion Beam, FIB）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）和能量色散X射线光谱仪（Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDX）研究了碲锌镉（CdZnTe)基HgCdTe外延层的表面缺陷。通过分析不同类型缺陷形成的原因,确定缺陷起源于HgCdTe材料生长过程。缺陷的形状与生长条件关系密切。凹坑及火山口状缺陷与Hg缺乏/稍高生长温度、分子束源坩埚中材料形状变化造成的不稳定束流有关。金刚石状缺陷和火山口状/金刚石状复合缺陷的产生与Hg/Te高束流比、低生长温度相关。在5 cm×5 cm大小的CdZnTe(211)B衬底表面上生长出了组分为0.216、厚度约为6.06~7 μm的高质量HgCdTe外延层。同时还建立了缺陷类型与HgCdTe薄膜生长工艺的关系。该研究对于制备高质量HgCdTe/CdZnTe外延层具有参考意义。     

松下电器和大阪大学共同研制成金刚石单晶

<正>据日本《电子材料》1992年第1期报道,松下电器产业中央研究所和大阪大学共同研制成分布均匀、缺陷少的大型金刚石单晶(直径20μm以上)。为了在硅衬底上形成缺陷少的大面积金刚石单晶,必须开发成核控制技术。作为衬底的预处理,用低能碳离子照射来改进衬底表面质量。这种预处理技术已应用于大面积低能离子掺杂。     

激光焊接金刚石锯片的特征声信号反馈控制

激光焊接金刚石锯片过程中形成的光致等离子体伴随着具有明显特征的声响,这种特征声信号可看成是由频率为16kHz左右的等离子体声信号被一周期信号所调制,周期信号的频率约为300Hz。介绍了特征声信号的提取方法及其用于激光焊接金刚石锯片的反馈控制系统构成和基本原理。试验结果表明,采用特征声信号反馈控制的激光焊接金刚石锯片在焊接缺陷方面优于无反馈控制激光焊接方法。     

定向局部异质外延生长的p型金刚石膜压阻效应的研究

本文研究了局部定向异质外延生长的金刚石膜的压阻效应，实验研究表明，这种膜的压阻因子在200微应变，室温下约为1300．其值大大超过了单晶硅的相应值，这是因为外延膜中缺陷态降低并且改进了测试方法，文中还简单讨论了金刚石膜压阻效应的起因．     

PECVD多晶金刚石平面薄膜场发射特性

以n-Si为衬底，用PECVD方法淀积了多晶金刚石薄膜。采用以金刚石薄膜为阴极的二极管结构测试了场发射特性，在6V/μm的电场下，场发射电流为5μA。研究了场发射的有效势垒随外加电场的变化，发现在有效势垒随外电场变化的曲线中存在一段平台。从理论上对这种现象进行了研究，分析了电子从Si衬底注入金刚石薄膜的方式，认为有效势垒的平台是由于缺陷能级在金刚石禁带中分布不均匀所致，并由此建立了在注入限制情况下多晶金刚石薄膜的场发射模型。根据模型计算得到有效势垒的理论曲线与实验曲线，反映了相同的变化规律。     

SiC基GaN上多晶金刚石散热膜生长及其影响

通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)异质结构材料上生长多晶金刚石散热膜,采用光学显微镜(OM)、拉曼光谱、非接触霍尔测试系统、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对生长样品进行表征,研究了生长温度、多晶金刚石散热膜厚度对GaN HEMT异质结构材料性能的影响。测试结果表明,当多晶金刚石生长温度为625℃,散热膜厚度为20μm时,GaN材料载流子迁移率降低9.8%,载流子浓度上升5.3%,(002)衍射峰半高宽增加40%。生长温度越高,金刚石散热膜的生长速率越快。当金刚石散热膜厚度相差不大时,生长温度越高,GaN所受拉应力越大,材料电特性衰退越明显。多晶金刚石高温生长过程中,金刚石引入的应力未对GaN结构产生破坏作用,GaN材料中没有出现孔洞等缺陷。     

喷射CVD法制备金刚石厚膜及其内应力分析

采用直流电弧等离子体喷射CVD法制备出金刚石薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、Raman光谱及X射线衍射(XRD)等研究基底温度对金刚石厚膜生长特性及内应力的影响。结果表明:950℃基底温度生长的金刚石厚膜结晶性能较好,纯度较高;而850℃和1050℃生长的金刚石厚膜表面呈现大量的孪晶缺陷,结晶度较低,同时出现较多的非金刚石碳,纯度较低。随着基底温度的增加,(111)晶面和(311)晶面的衍射峰强度逐渐增强,(220)晶面的衍射峰强度逐渐降低。850℃和950℃基底温度生长的金刚石厚膜的宏观应力和微观应力都呈现出拉应力,1050℃基底温度生长的金刚石厚膜的宏观应力和微观应力都呈现出压应力。     

金刚石衬底GaN HEMT研究进展

SiC衬底GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)综合了AlGaN/GaN异质结优异的输运特性与SiC衬底高导热性能,在高频、宽带、高效、大功率应用领域表现出显著的性能优势。但GaN外延材料中存在高密度的缺陷,影响了导电沟道的散热,散热问题成为影响GaN HEMT性能进一步发挥的主要障碍。本文分析了GaN外延材料高缺陷密度形成的原因,介绍了近年来国外正在开展的基于转移技术金刚石衬底GaN HEMT技术,解决GaN HEMT散热问题的研究进展。研究结果表明,基于转移技术的金刚石衬底GaN HEMT有望成为继SiC衬底GaN HEMT之后的下一代固态微波功率器件主导型器件技术。     

基于双缺陷一维光子晶体的非线性激光限幅方法

提出了一种基于双缺陷一维光子晶体的非线性激光限幅方法。研究了光子晶体透射谱中心波长随双缺陷层折射率变化的规律,设计了适用于532 nm与1064 nm波长的非线性光子晶体激光限幅结构,实现了弱光的高透射和强光的高阻断效果。所设计的激光限幅结构为(AB)_6CAC(AB)_6双缺陷一维光子晶体,适用于532 nm的光子晶体结构中的三种介质A、B和C分别为金刚石、SrF_2和CS3-68玻璃,对弱光的透过率为86.4%,对强光的透过率为0.02%;适用于1064 nm的光子晶体结构中的三种介质A、B和C分别为金刚石、CeF_3和CdTe,对弱光的透过率为79.8%,对强光的透过率为0.3%。     

基于神经网络的粉末冶金材料激光焊接工艺优化

针对薄壁金刚石钻头的激光焊接应用,采用德国LSM240全自动激光焊接系统进行单面焊接试验,建立了粉末冶金材料激光焊接工艺优化的误差反向传播人工神经网络模型,应用该模型研究了激光焊接工艺参数对气孔率和焊缝强度等焊接质量因素的影响,并对薄壁金刚石钻头激光焊接进行了工艺参数优化处理,获得了无气孔缺陷的优质焊接接头。结果表明,气孔率同激光功率、焊接速度之间具有幂函数关系;焊缝强度同激光功率、焊接速度之间具有高斯函数关系。