热丝CVD法生长纳米金刚石薄膜的研究

系统地研究了热丝CVD法中反应气体压力对沉积产物金刚石薄膜的形貌和拉曼谱图的影响,提出了热丝CVD生长纳米金刚石薄膜的新工艺,并在50mm硅片上沉积得到高质量的多晶纳米金刚石薄膜。高分辨透射电镜分析表明,薄膜的晶粒尺寸约为10nm,〈111〉晶面间距为0.2086nm,与标准值0.2059nm很接近,晶粒周围由非晶结构包围。紫外激光拉曼光谱有尖锐的金刚石峰和明显的石墨峰。     

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.     

(100)定向CVD金刚石薄膜的制备及其电学性能

采用HFCVD制备金刚石薄膜的方法,以乙醇为碳源,氢气为载气,在适当的衬底温度下,合成出具有(100)晶面取向均匀生长的金刚石薄膜.SEM,XRD和Raman分析表明,所合成的金刚石薄膜是高质量的多晶(100)取向膜,厚度均匀、化学性能稳定,结构和性能与天然金刚石相接近.研究了室温下(100)取向金刚石薄膜的暗电流-电压特性、稳态55Fe 5.9keV X射线辐照下的响应和电容-频率特性.结果表明,退火后(100)取向多晶金刚石薄膜具有较低的暗电流和较高的X射线响应;高频下,电容和介电损耗都很小且趋于稳定,不随频率的变化而变化.     

多孔硅衬底微波CVD金刚石薄膜的制备及其场电子发射

研究了多孔硅衬底微波CVD金刚石薄膜的制备工艺及其场电子发射特性.以多孔硅作为生长金刚石突起阵列的模板,生长出带多微尖的微晶金刚石晶粒,使场电子发射阈值下降(<1V/ μm) ,发射电流增大(>90 m A/ cm2 ) ,场发射性能稳定,并对这种场发射特性做出了理论解释.     

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.     

微米金刚石聚晶薄膜场发射点的研究

采用微波等离子化学气相沉积方法,以甲烷和氢气为反应气体,在镀有金属钛的陶瓷衬底上,制备了微米金刚石聚晶薄膜.利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱对薄膜的化学组成、微观结构和表面形貌进行了表征.用二级结构的场发射仪和扫描隧道显微镜研究了薄膜的场发射性能,结果表明微米金刚石聚晶薄膜发射点主要来源于聚晶颗粒.进一步研究了单个聚晶颗粒表面不同区域的发射性能,发现多种因素对场发射的性能有影响.     

利用正交实验制备金刚石薄膜及其场发射的研究

场发射阴极金刚石薄膜的制备方法有很多,本文是利用微波等离子化学气相沉积的方法制备薄膜,文中详细介绍了正交分解法实验制备金刚石薄膜的过程。并对薄膜进行扫描电镜、拉曼光谱、X射线实验,分析了其形貌与结构;用场发射二级结构研究薄膜的场发射性能,简单分析了金刚石薄膜的成因和场发射的性能。     

(100)定向CVD金刚石薄膜的制备及其电学性能

采用HFCVD制备金刚石薄膜的方法,以乙醇为碳源，氢气为载气，在适当的衬底温度下，合成出具有(100)晶面取向均匀生长的金刚石薄膜．SEM，XRD和Raman分析表明,所合成的金刚石薄膜是高质量的多晶(100)取向膜，厚度均匀、化学性能稳定,结构和性能与天然金刚石相接近．研究了室温下(100)取向金刚石薄膜的暗电流电压特性、稳态55Fe 5.9keV X射线辐照下的响应和电容频率特性．结果表明，退火后(100)取向多晶金刚石薄膜具有较低的暗电流和较高的X射线响应；高频下，电容和介电损耗都很小且趋于稳定，不随频率的变化而变化．     

两种微米金刚石聚晶颗粒薄膜的制备与场发射研究

采用微波等离子体化学气相沉积,在不同的沉积条件下得到两种微米金刚石颗粒薄膜,通过拉曼光谱仪和X射线仪分析了两种薄膜的成分,用扫描电子显微镜分析了两种薄膜的表面形貌,用二级结构的场发射装置研究了薄膜的场发射性能,最终分析并讨论了场发射性能优异的微米金刚石薄膜的特征。     

双光束复合脉冲激光辐照沉积纳米金刚石薄膜

利用双光束复合脉冲激光辐照石墨悬浮液沉积技术,制备了高效率、高质量的纳米金刚石薄膜,成功解决了金刚石薄膜沉积不均匀和衬底温度对金刚石薄膜的影响。通过拉曼光谱仪和高分辨率透射电镜对薄膜的微观结构和组成进行了检测分析,实验结果表明,Raman光谱的D峰出现在1334cm-1处,G峰出现在1571cm-1处,沉积的薄膜致密均匀,晶粒平均尺寸在5nm左右。在制备过程中通过复合激光束辅以温度为金刚石薄膜的生长提供了更有利的条件,并在常温常压下连续制备出了粒度分布均匀的纳米金刚石薄膜。     

表面形貌特殊的碳纳米管薄膜及其场发射增强

采用磁控共溅射法在Si片表面镀NiTi膜作为碳纳米管生长的催化剂,制备出表面形貌特殊的碳纳米管薄膜,如"丘状"和"星状"的表面微结构。通过扫描电子显微镜对碳纳米管薄膜的形貌进行表征,采用二极管形式测试了碳纳米管薄膜的场发射性能。实验结果表明,这两种碳纳米管薄膜都具有优异的场发射性能,10μA/cm~2时的开启电场分别仅为1.02 V/μm和1.15 V/μm,在外加电场为2.4 V/μm时的电流密度分别达到4.32 mA/cm~2和6.88 mA/cm~2。通过场发射FN的曲线计算得到的场发射增强因子分别为10113和6840。这两种碳纳米管薄膜优异的场发射性能与其表面的微结构有关。表面的粗糙结构增强了部分碳纳米管的局域电场,易于发射电子。     

印刷碳纳米管薄膜场发射失效行为研究

对基于印刷碳纳米管（CNT）薄膜的场发射器件的失效行为进行了研究。微观分析结果表明，器件失效主要是由真空击穿对CNT和导电衬底造成损坏所引起的。印刷CNT薄膜中存在的CNT团聚颗粒所造成的正反馈的发热和电流增加导致了真空击穿的发生。通过在真空室中对印刷CNT薄膜进行场发射条件下的老炼处理，有效地预防了真空击穿的发生，并使薄膜的场发射均匀性得到提高，证实了真空老炼对预防真空击穿和提高器件工作可靠性的作用。     

Thickness dependent mechanical behavior of submicron aluminum films

Mechanical behavior of thin metallic films has been investigated on aluminum films deposited on a flexible polyimide substrate. Aluminum thin films exhibit a higher tensile strength than bulk aluminum. As film thickness decreases from 480 to 60 nm tensile strength increases from 196 to 408 MPa. These mechanical behaviors are correlated with the microstructure and its evolution with the thickness of aluminum thin films. Films are consisted of fine columnar grains and average grain size increases monotonically with the film thickness. The volume fraction of (111)-textured grains increases and the dispersion of texture axis becomes narrow as the film thickens. The relative contributions of the film thickness, grain size, and texture to the strength of aluminum thin films are estimated using an empirical strengthening model. The result indicates that the high strength of aluminum thin films is due largely to their small grain size, followed by the strengthening due to the film thickness and texture.     

电泳法制备场发射阴极的性能优化研究

电泳法是一种新型的大面积碳纳米管场发射阴极制备方法。文章在成功地用电泳法制备了适用于场发射显示器的碳纳米管阴极基础上,通过选用不同的碳纳米管原料、改变电泳条件等方法,进一步优化碳管阴极的性能。使用不同方法制备的碳纳米管配置电泳液,由于制备方法和碳管本身的特性,管子在电泳溶液中呈现不同的分散性。碳管管径较粗时由于表面自由能相对小,所以碳管在溶液中不易形成团聚物,电泳沉积的阴极会均匀平整;管径小的碳管则由于容易团聚,需要加入表面活性剂来改善其在电泳溶液中的分散性。场发射特性和发光显示图实验结果发现,即使得到相同均匀平整的阴极,但是由于碳管本身的发射能力的差异性最终导致电泳沉积得到的阴极的场发射特性的不同。另外,电泳的实验条件也会对沉积的阴极的场发射性能和形貌产生影响。在不同电泳直流电压条件下,碳管薄膜的密度分布和厚度不同,呈现出不同的场发射能力,结果表明当电压值在25V时可以得到性能最佳的场发射阴极。     

纳米金刚石薄膜的制背

采用微波等离子体化学气相沉积系统,利用氢气、甲烷、氩气和氧气为前驱气体,在直径为5 cm的(111)取向镜面抛光硅衬底上沉积出高平整度纳米金刚石薄膜.利用扫描电镜、X射线衍射谱和共焦显微显微拉曼光谱我们分析了薄膜的表面形貌和结构特征.该薄膜平均粒径约为20 nm.X射线衍射谱分析表明该薄膜具有立方相对称 (111)择优取向金刚石结构.在该薄膜一阶微显微拉曼光谱中,1 332 cm-1附近微晶金刚石的一阶特征拉曼峰减弱消失,可明显观测到的三个拉曼散射峰分别位于1 147 cm-1、1 364 cm-1和1 538 cm-1,与己报导的纳米金刚石拉曼光谱类似.该方法可制备出粒径约为20 nm粒度分布均匀致密具有较高含量的sp3键的纳米金刚石薄膜.     

金刚石薄膜的形成及其场发射特性研究

研究了金刚石聚晶碳膜的生长过程,以及不同生长阶段碳膜的场发射性能。通过磁控溅射法在陶瓷上镀一层金属钛作为制备碳膜的衬底,将衬底放入微波等离子体化学气相沉积腔中,经过不同的沉积时间制备出一系列的碳膜。利用SEM、Raman光谱仪、X射线衍射仪等仪器,对碳膜进行了形貌与成分分析,最后利用二极结构场发射装置,测试了碳膜的场发射性能。着重讨论了金刚石聚晶碳膜生长过程中的变化,并且对金刚石聚晶碳膜的场发射机理进行了深入研究。     

Field emission characteristics of nano-diamond cathode surface by graphitization pretreatment

Cathode samples of nano-diamond by graphitization pretreatment with different temperatures were fabricated by electrophoresis, then the structures and morphologies of the cathode samples were characterized by scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD), and the field emission tests were conducted. The effects of graphitization pretreatment on the field emission characteristics of nano-diamond cathode surface on titanium substrate are studied. The results indicate that the surface morphologies of nano-diamond cathode samples after graphitization pretreatment change a lot, and the field emission characteristics in low-voltage area are improved obviously. However, in high-voltage area, the curve distortion happens, and it doesn’t conform the mechanism of field emission characteristics.     

纳米光学金刚石薄膜的分析与改进

由于极其优良的热学和光学性能,纳米金刚石薄膜极有可能应用于背投电视的激光光学窗口。文章通过在热丝辅助化学气相沉积法中采用偏压增强成核(BEN-HFCVD) ,成功地在(100)硅衬底上制得了适于作为光学窗口的高质量的光学级纳米金刚石薄膜,采用的偏压为-30 V。通过表征制备的纳米金刚石薄膜,发现它具有光滑的表面,表面均方根粗糙度(RMS)约为10 nm,并且对自支撑纳米金刚石薄膜进行透射光谱分析得到其透射率达到了50 %。     

碳纳米管薄膜的电泳沉积与场发射性能

采用电泳法在Si基片上沉积碳纳米管(CNTs)薄膜。研究了电泳极间距、电泳时间及电泳电压等对沉积的薄膜形貌结构与场发射性能的影响。SEM、高倍光学显微镜和场发射性能测试结果表明,保持阴阳极间距为2cm,在100V的直流电压下电泳2min所获得的CNTs薄膜均匀、连续、致密且具有最好的场发射性能,其开启电场强度仅为1.19V/μm,当外加电场强度为2.83V/μm时,所获得的最大发射电流密度可达14.23×10–3A/cm2。     

碳纳米管薄膜的电泳沉积及其场发射性能研究

利用电泳沉积法在铝片上制备了碳纳米管薄膜冷阴极。通过扫描电镜、Raman光谱观察分析了表面形貌和结构,并对场发射性能进行了测试。经过研磨处理的碳纳米管薄膜样品,开启电场为2V／μm,当电场强度为4V／μm时电流密度达到2600μA／cm^2,发光点密度大于10^4／cm^2。