甲烷浓度对CVD金刚石薄膜晶体学生长过程的影响

采用X射线衍射技术、电子背散射衍射技术和扫描电镜分别观察了不同甲烷浓度条件下沉积的CVD自支撑金刚石薄膜的宏观织构、微区晶界分布和表面形貌.研究了金刚石晶体{100}面和{111}面生长的晶体学过程.研究表明,{100}面通过吸附活性基团CH^2- 2,而{111}面通过交替吸附活性基团CH^-3和CH^-3后脱氢堆积碳原子.低甲烷浓度时,{111}面表面能低于{100}面,使{111}面生长略快于{100}面.甲烷浓度升高,动力学作用增强使{100}面生长明显快于{111}面,使金刚石薄膜产生{100}纤维织构;同时显露的{100}面平行于薄膜表面,竞争生长使位于晶体侧面的{111}面由于相互覆盖而减小,形成了不同于单晶体自由生长的薄膜表面形貌组织.     

CVD自支撑金刚石薄膜中的宏观织构与微观孪晶

采用背散射电子取向成像、扫描电镜、X射线衍射等手段研究了CVD自支撑金刚石膜的宏观织构、微观组织及晶粒取向的演化过程．薄膜制备时的气氛纯度较低，这是引起本文金刚石膜中发现大量孪晶的一个重要原因．杂质原子会降低金刚石的层错能，从而降低孪晶界的形成障碍，促进孪晶生成．频繁的孪晶导致{100}织构转向{122}织构，并弱化薄膜织构，使性能趋向各向同性．{110}取向的晶粒孪晶后仍具有{110}取向，因而在多重孪晶出现时仍可保持一定的稳定性．     

CVD金刚石薄膜(111)与(100)取向生长的热力学分析

用非平衡热力学耦合模型计算了CVD金刚石薄膜生长过程中C2H2与CH3浓度之比[C2H2]/[CH3]随衬底温度和CH4浓度的变化关系,从理论上探讨了金刚石薄膜（111）面和（100）面取向生长与淀积条件的关系。在衬底温度和CH4浓度由低到高的变化过程中,[C2H2]/[CH3]逐渐升高,导致金刚石薄膜的形貌从（111）晶面转为（100）晶面。添加氧后C2H2与CH3浓度都将下降,但C2H2下降得更多,因而添加氧也使[C2H2]/[CH3]下降,从而有利于生长（111）晶面的金刚石薄膜。     

基于第一性原理方法研究基团在CVD金刚石薄膜(001)表面上的生长

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究CVD金刚石薄膜(001)表面的生长机理。计算清洁金刚石表面和氢(H)终止金刚石表面的构型。考察H原子和活性基团(C,CH,CH2和CH3)在清洁重构金刚石表面及在单层H终止金刚石表面上的吸附演变。结果表明:清洁金刚石表面发生了对称二聚体重构,H原子终止金刚石表面稳定了金刚石结构;基团在金刚石(001)表面吸附演变过程中,H原子起到激活石墨和萃取表面H原子产生活性位的作用;CH2基团比CH3基团能够更好地提高CVD金刚石薄膜的生长率,是薄膜生长过程中最有效基团;CH基团阻碍了薄膜的生长。     

氧化铁刻蚀金刚石表面形貌的表征及形成机理

为了系统研究不同温度下氧化铁刻蚀金刚石表面的形貌及形成机理,以人造金刚石为刻蚀材料,以氧化铁作为刻蚀剂,先将金刚石洗净,然后将金刚石与氧化铁以质量比为1∶5混合均匀、压实,用氮气作为保护气氛,在650～850℃下用氧化铁刻蚀金刚石单晶表面。再用扫描电子显微镜及其3D重建技术、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等方法对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、表面粗糙度、物相组成和刻蚀机理进行了表征与分析。首次用3D重建技术对刻蚀后金刚石不同晶面的形貌进行了立体观测,用铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度来评估刻蚀对金刚石与结合剂间结合力的影响。结果表明:氧化铁在不同温度下均能有效刻蚀金刚石单晶,且对不同晶面的刻蚀程度和形貌是各向异性的;当刻蚀温度为650℃时,氧化铁对金刚石单晶已有一定的刻蚀;随温度的升高,刻蚀加剧;在相同条件下,金刚石单晶的{100}面刻蚀程度比{111}面严重,{100}面表面粗糙度S_a从0.84μm升至3.73μm,{111}面表面粗糙度S_a从0.77μm升高至2.01μm。刻蚀后,金刚石单晶的不同晶面形貌由金刚石本身的原子排列决定,随着刻蚀温度从650℃升至850℃,金刚石{100}面刻蚀坑从四边形变为八边形,{111}面由轻微的点状变为三棱锥形凸起。氧化铁对金刚石单晶的刻蚀机理是金刚石的氧化过程。刻蚀后,铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度有较大的提高。     

沉积参数对化学气相沉积纳米金刚石薄膜的影响

用强电流直流伸展电弧化学气相沉积金刚石薄膜装置,在CH4-Ar和CH4-H2-Ar气氛中沉积了纳米金刚石薄膜,研究了沉积气氛中H2加入量和沉积压力对金刚石薄膜显微组织和生长机制的影响.沉积气氛中H2含量对金刚石薄膜的表面形貌、晶粒尺寸和生长速度有显著影响,随着H2含量增加,金刚石晶粒尺寸增大,薄膜生长速度提高.在1%CH4-Ar气氛中沉积的纳米金刚石薄膜,晶粒尺寸细小,薄膜表面形貌光滑平整.在1%CH4-少量H2-Ar气氛中沉积的金刚石薄膜,晶粒尺寸小于100nm,薄膜表面形貌较平整.随着沉积压力提高,金刚石薄膜的生长速度增大.用激光Ram an对金刚石薄膜进行了表征.     

缓冲层Ta对退火Co/Cu/Co薄膜微观结构和界面互扩散的影响

用直流磁控溅射法在Si/SiO₂基底上制备了Co/Cu/Co薄膜和加入缓冲层的Ta/Co/Cu/Co薄膜,用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和俄歇电子能谱研究了薄膜的微观结构、表面形貌、织构和界面互扩散现象。结果表明:退火后薄膜中均存在{111}和{002}衍射峰,加入缓冲层Ta后,Co/Cu/Co薄膜的衍射峰强度明显增强,并存在较强的{111}纤维织构,薄膜表面孔洞及粗糙度大幅减小。退火后薄膜界面处产生互扩散现象,层状结构被破坏。缓冲层Ta提高了薄膜与基底材料间的润湿性,可有效缓解界面互扩散现象。     

用热丝法在硬质合金基体上沉积金刚石膜的研究

用XRD，SEM和Raman光谱仪，洛氏硬度计等分析检测手段。研究了经表面两步法侵蚀后，YG15硬质合金基体上用热丝法沉积出的金刚石薄膜的晶体结构，显微组织，化学纯度及粘结性能等，结果表明，硬质合金基体表面一定深度范围内钴含量的变化。对金刚石薄膜的晶体结构取向，组织形态，化学纯度及粘结性能等有很大影响。（1）在基体表面深度约为5μm范围内，当钴含量为0.81%时，金刚厂长汪膜具有明显的{111}面取向，其金刚石纯度较高；而当钴含量为1.05%时，具有{110}和{111}面的混合取向，其金刚石纯度较低，且其薄膜具有较高的内应力。（2）当CVD沉积温度为800℃时，金刚石薄膜的晶粒度约为1-3μm。（3）与多边形金刚石薄膜相比，菱形金刚石薄膜与硬质合金基体具有较高的粘结性能。     

Pr_(6)O_(11)对合成金刚石单晶各向异性的刻蚀EI北大核心CSCD

为了探究稀土氧化物对合成金刚石单晶的各向异性刻蚀,在氮气保护下,在750~950℃内用Pr_(6)O_(11)对合成金刚石单晶进行刻蚀。采用扫描电子显微分析、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等技术对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、物相组成和刻蚀机理进行表征与分析。采用最大刻蚀深度、单颗粒抗压强度和冲击韧性来表征刻蚀前后金刚石性能的变化。结果表明:Pr_(6)O_(11)对金刚石{100}面和{111}面的刻蚀程度和形貌均不同;当温度为750℃时,Pr_(6)O_(11)对金刚石单晶已有一定程度的刻蚀,随刻蚀温度的增加,刻蚀加剧,且金刚石{111}面的刻蚀程度比{100}面严重;{111}面刻蚀坑形貌从三角形变为层状结构三角形,{100}面由轻微的四边形变为类蜂窝状刻蚀坑;{111}面最大刻蚀深度从1.12μm增加到12.54μm,而{100}面只从0.30μm增加到2.11μm;金刚石单颗粒的抗压强度由未刻蚀金刚石的576.25 N降低到最小530.06 N,冲击韧性由92.94 J/cm^(2)减小到88.53 J/cm^(2);Pr_(6)O_(11)对金刚石单晶的刻蚀机理在885℃前为催化石墨化,885℃后为催化石墨化和氧化。     

在硅和硬质合金基体上金刚石薄膜生长研究

在硅和硬质合金基体上，用热丝CVD法生长出金刚石薄膜。利用X衍射、拉曼谱和扫描电镜对金刚石薄膜的结构形貌进行了检测，并与天然金刚石对比分析。     

Ti种子层对Cu薄膜的微观织构和表面形貌的影响

用磁控溅射法制备无种子层的Cu薄膜和加入Ti作为种子层的Ti/Cu薄膜,用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了无种子层的Cu薄膜及有Ti种子层的Ti/Cu薄膜的微观织构,并用原子力显微镜(AFM)观察了两种薄膜的表面形貌。结果表明,加入Ti作为种子层增强了Cu薄膜的{111}纤维织构,对薄膜生长有很好的外延作用。同时,加入Ti种子层可降低退火处理后薄膜内退火孪晶的产生几率,但是在退火过程中使孔洞出现。     

板条状马氏体形貌和惯习面的3D EBSD分析

利用3D EBSD-FIB(three dimensional electron backscatter diffraction-focused ion beam)技术,以高锰钢为实验材料,构建晶粒三维立体形貌,并对马氏体惯习面进行观察分析。结果表明:热致板条状马氏体表面平直,接近马氏体的{110}α,惯习面平行于奥氏体的{225}γ,其初始形核及后期生长均在{225}γ上进行;而形变诱发形成的板条状马氏体表面和惯习面分布近于{021}α和{225}γ,初始形核和前期生长沿{225}γ,后期生长沿{111}γ,由于外加应力,其表面发生弯曲变形,形核时间不同,偏离{225}γ-{111}γ程度不同。     

P、Ti对高强IF钢{=111}面织构的影响

借助电子背散射衍射（EBSD）技术测量和计算了高强IF钢退火试样的取向分布函数（ODF）、织构组分的含量和7取向线强度。研究了{111}（112）和{111}010）织构组分的变化,分析了P、Ti对{111}面织构的影响机理。P的存在阻碍了位错的运动和晶界的迁移,进而使再结晶晶粒取向趋于一致,形成较尖锐的{111}面织...     

碳氧比对金刚石薄膜生长的影响

采用微波等离子体化学气相沉积法,以H_2/CH_4/CO_2为混合气源,通过改变气源碳氧比,探讨了碳氧比对金刚石薄膜生长的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱表征金刚石薄膜的表面形貌、晶粒取向和结晶质量。结果表明,随着C/O比的降低,金刚石膜表面形貌由原来的(100)面为主转向(111)面为主的金字塔形,薄膜质量有所提高,内应力降低。     

高强IF钢热镀锌层织构分析

以高强IF钢热镀锌层为研究对象,借助扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了镀层的组织形貌、物相和织构,分析了镀层与基底的对应取向关系。结果显示,470 ℃热浸120 s后,镀层由内到外依次为:致密层δ相,粗大的柱状晶层ζ相,短棒状ζ相。柱状晶层和短棒状ζ相的主要织构均为{010}和{201}面织构,柱状晶层ζ相的织构更强;致密层δ相主要为{1010}和{1120}面织构。α-Fe的{111}面与δ相的{1010}或{1120}晶面之间形成半共格界面,{111}〈110〉和{111}〈112〉分别与{1010}〈1120〉和{1120}〈1100〉相对应。由于半共格界面的界面能较低,结构稳定,镀层与基体的结合性更好。     

硼掺杂对直流热阴极CVD金刚石薄膜生长特性的影响

采用直流热阴极CVD法以B(OCH3)3为掺杂剂制备了硼掺杂金刚石薄膜,利用等离子体发射光谱、SEM、Raman和XRD研究了硼掺杂对金刚石薄膜生长特性的影响,通过与未掺杂金刚石薄膜的对比发现:在直流热阴极CVD系统中,低浓度硼掺杂条件下能够长时间维持稳定的辉光放电. 掺硼后辉光等离子体活性基团(Hα、Hβ、C2、CH)的种类没有改变,但C2基团的浓度升高,而CH基团的浓度下降,薄膜的生长速率提高到0.65mg·cm-2·h-1. 硼掺杂金刚石薄膜为多晶薄膜,晶体生长良好,取向以(111)晶面为主,质量较未掺杂薄膜有所提高. 硼原子以取代或填隙的方式掺杂进入金刚石晶格,没有破坏金刚石晶体结构.     

氮气对MPCVD法金刚石薄膜性能的影响

在CH4和H2的混合气体中，加入N2，并不断改变其含量，用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）设备制备了金刚石薄膜。利用扫描电镜观察薄膜的表面形貌，用X-ray衍射方法进行物相鉴定，用Raman光谱分析薄膜的纯度。结果表明：氮气含量不同，薄膜的沉积情况也不同，由于氮气含量的变化，薄膜沉积过程中形成一种纳米聚晶金刚石薄膜，本文从氮离子轰击和晶粒生长的角度分析了氮的添加对所制备的金刚石薄膜性能的影响。     

低温沉积金刚石薄膜的研究

利用微波等离子体化学气相沉积法,以甲烷、氢气和氩气作为工作气体,在较低的沉积温度下,沉积得到了连续的金刚石薄膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪分别对金刚石薄膜的表面形貌、生长结构以及沉积质量进行了表征。实验结果表明,氩气的引入虽然可以有效的降低获得金刚石薄膜所需的基片温度,但为了提高金刚石薄膜的质量,需要适当的提高微波功率。同时,当基片温度一定时,在CH4/H2/Ar体系和CH4/H2体系下均可获得表面形貌与生长结构相似的金刚石薄膜,且可能利用CH4/H2/Ar作为工作气体沉积金刚石薄膜所需要的微波功率更低。     

Fe_3O_4纳米晶的形貌可控制备及其电化学性能研究

以油酸和癸酸作为表面活性剂调控Fe_3O_4纳米晶的生长过程制备了由不同比例{100}与{111}面构成的Fe_3O_4纳米晶。利用X射线衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(FESEM)等分析方法对Fe_3O_4纳米晶进行了物相测定和微结构观察,并分析了Fe_3O_4纳米晶的生长机制。在高电流密度(1A/g)条件下,八面体形貌Fe_3O_4纳米晶作为锂电池负极材料表现出比立方八面体和立方形貌Fe_3O_4纳米晶更加优异的电化学性能。实验结果证明Fe_3O_4多面体的表面结构显著影响Fe_3O_4活性材料在电化学循环过程中的电化学反应活性。     

织构对CVD自支撑金刚石薄膜残余应变的影响

计算了薄膜试样不同方向的弹性模量,研究了织构和甲烷浓度对CVD自支撑金刚石薄膜的宏观残余应变的影响.结果表明,织构使CVD金刚石薄膜的弹性模量和宏观残余应变呈现各向异性.甲烷浓度的升高导致织构组分密度水平变化,使薄膜的弹性模量增大,从而降低残余应变;另一方面,杂质浓度的升高增大宏观残余应变.改变薄膜沉积工艺参数可调整织构,从而调节薄膜的残余应力.