CVD金刚石薄膜的成核机制

已有许多有效的方法来提高ＣＶＤ金刚石薄膜的成核密度，但成核机理仍有很多问题，本文简要介绍作者在这方面的一些工作。     

衬底负偏压增强金刚石成核机制的研究进展

综述了近几年来对衬底负偏压增强金刚石成核机制的研究,并且对各种机制进行了分析和讨论,提出了今后有待研究的问题。     

硬质合金YG8上金刚石薄膜的成核研究

利用调节基底表面碳流量的方法促进了丝ＣＶＤ中硬质合金ＹＧ８上金刚石薄膜的成核，使成核期大为缩短，根据扫描电镜和拉曼光谱对沉积结果的分析，研究了ＹＧ８上金刚石薄膜成核的机理。     

热灯丝CVD法金刚石膜负偏压增强核化机制的研究

利用扫描电镜、原子力显微镜、Ｒａｍａｎ谱和红外吸收谱研究了在衬底负偏压和电极偏压下热灯丝ＶＣＤ金刚石膜核化增强的机制。在两种负偏压下,Ｓｉ（１００）上在－３００Ｖ和２５０ｍＡ时最大核密度分别达到了１０＾１０ｃｍ＾－２和１０＾１１ｃｍ＾－２。研究表明产生于石墨支架和电极上金刚石涂层的电子激发了等离子体,并通过红外吸收谱探测发现等离子体的出现极大地增强了化学基深度。实验结果还表明,正离子对衬底的轰击和     

CVD金刚石薄膜抛光技术的研究进展

采用化学气相沉积方法在非金刚石衬底上沉积的金刚石薄膜,本质上为多晶,而且表面粗糙。本文论述了目前国际上出现的抛光ＣＶＤ金刚石薄膜的主要方法,包括机械抛光法、热－化学抛光法、化学－＝机械抛光法、等离子体／离子束抛光法以及激光抛光法等。     

MPCVD沉积金刚石薄膜时等离子体中电子的作用

根据化学反应动力学理论，计算了微波等郭子体辅助化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）金刚石薄膜对时等离子体中的电子对原子氢，甲基和乙炔分子生成速率的影响，发现等离子体对气相反应的促进作用主要通过其超平衡的高温电子实现，电子能极有效地把氢分子解离为氢原子，并为甲烷分子解离成甲基提供另一条重要途径，进而促进了整个气相反应的进行。     

金刚石晶粒和薄膜的侧向沉积

将传统的灯丝热解化学气相沉积系统改装成侧向沉积系统，并在其中进行了金刚石薄膜的正、侧向沉积。研究表明，侧向沉积的成核密度和生长度与正向沉积的情况基本相同，崦侧向沉积系统中金刚石颗粒和薄膜的沉积速率要比传统的沉积系统的高，但结构更趋复杂。讨论服基底对金刚石成核和生长过程的影响，深化了厂金刚石沉积机理的理解。     

激光低温沉积金刚石膜

用ＸｅＣｌ紫外与ＣＯ２红外复合激光化学气相沉积方法，在３４０℃硅衬底上沉积成高纯金刚石膜。     

用发射天线式微波等离子体CVD装置沉积大面积金刚石薄膜

在国内首次研制成功了高气压发射天线式微波等离子体辅助化学气相沉积金刚石薄膜装置，用该装置成功地在３英寸的单晶硅衬底上沉积了Φ７０ｍｍ的金刚石薄膜。这一成果填补了国内空白，对我国金刚石薄膜研究领域的设备更新换代和开发应用具有重要意义。     

Grain-Scale Modeling of CVD of Polycrystalline Diamond Films

The evolution of grain size, grain-size distribution, morphological and crystallographic texture, surface roughness, and the contribution of various surface facets to the growth of polycrystalline diamond films is performed by carrying out a series of two-dimensional computer simulations. The films are assumed to grow from a set of randomly oriented, {100}- and {111}-faceted nuclei by the motion of their vertices (the points where the adjoining facets of the same or neighboring grains meet). The vertex velocities are found to be a function of the orientation and the growth rate of the adjoining facets. To quantify the latter, a {100} to {111} growth-rate parameter is used. The results show that the evolution of the grain size and its distribution, surface roughness, morphological and crystallographic texture, and the portion of the film grown from different surface facets are all mutually linked and governed by the magnitude of the growth-rate parameter. The latter can be controlled by the CVD processing conditions, such as the substrate temperature, reactor pressure, mole fraction of carbon-source gas (e.g., CH₄, C₂H₂).     

射频等离子体沉积非晶碳氢薄膜及其阻隔性能

采用射频辉光放电等离子体化学气相沉积系统,,以甲烷和氩气作为工作气体在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)片和玻璃片基上沉积了非晶碳氢薄膜,利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对碳氢薄膜的结构进行研究,并且通过透水蒸汽相对比较实验检测了PET上沉积碳氢膜的阻隔性能,详细讨论了沉积工艺参数对碳氢薄膜结构和阻隔性能的影响.实验结果证明,沉积的薄膜越厚,碳氢膜的含量越高,阻隔性能越好,沉积碳氢膜的PET阻隔性比原始PET都有明显提高,当膜厚达900nm时,阻水蒸汽透过率可提高7倍.     

用氢气/甲醇混合气体在微波等离子体CVD中合成纳米晶粒金刚石膜

用微波等离子体增强化学气相沉积方法(MPECVD),利用氢气和甲醇的混合气体,在硅片上沉积出纳米晶粒的金刚石薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)及扫描隧道显微镜(STM)对薄膜的晶粒平面平整性及纯度进行了表征.通过SEM发现,提高甲醇浓度或降低沉积温度可以减小金刚石膜的晶粒尺寸.拉曼光谱显示薄膜中确实存在纳米晶粒的金刚石,并且薄膜的主要成分为金刚石.用AFM测得薄膜表面的粗糙度Rms＜80m,STM观测晶粒的平均尺寸在10～20m之间.研究结果表明,用MPECVD方法,利用氢气和甲醇的混合气体是制备纳米晶粒金刚石膜的一种理想方法.     

非晶金刚石薄膜的拉曼光谱研究

碳离子的能量是影响非晶金刚石薄膜结构和性质最关键的工艺参数．采用磁过滤真空溅射离子技术,研究不同衬底偏压Ｖ_ｂ（即不同碳离子能量）下制备的非晶金刚石薄膜的拉曼光谱和表面形貌．结果表明：－５０Ｖ≤Ｖ_ｂ≤－１０Ｖ时,样品表面均匀、光滑,拉曼谱是对称且很宽的散射带;Ｖ_ｂ＞－１０Ｖ或Ｖ_ｂ＜－５０Ｖ时,已有晶团出现,表面粗糙度明显增加,拉曼谱明显地分裂为１５８０ｃｍ^－１的Ｇ带和１３５０ｃｍ^－１的Ｄ带．     

金刚石薄膜中晶粒尺寸的研究

扫描电子显微研究表明，化学汽相沉积的金刚石薄膜中晶粒大小比较均匀。但随着沉积时间和薄膜厚度的增加，晶粒逐渐变大，且每一层内，存在少量的大金刚石颗粒，讨论了晶粒尺寸变化和大晶粒形成的原因和机制。     

非晶硅太阳电池窗口层材料掺硼非晶金刚石的研究

以固态掺杂方式利用过滤阴极真空电弧技术制备掺硼非晶金刚石薄膜, 获得性能优良的宽带隙p型半导体材料, 再利用等离子增强化学气相沉积技术制备p-i-n结构非晶硅太阳电池的本征层和n型层, 最终制成以掺硼非晶金刚石薄膜为窗口层的非晶硅太阳电池. 利用Lambda950紫外-可见光分光光度计表征薄膜的光学带隙, 并测试电池开路电压、短路电流、填充因子以及转化效率等参数, 再分析电池的光谱响应特性. 实验表明, 掺硼非晶金刚石薄膜的光学带隙(～2.0eV)比p型非晶硅更宽, 以掺硼非晶金刚石薄膜用作非晶硅太阳电池的窗口层, 能够改善电池的光谱响应特征, 并提高转化效率达10%以上.     

低偏压下化学气相沉积金刚石薄膜的生长形貌研究

在微波等离子体化学气相沉积装置中，研究了偏压电压、甲烷浓度及沉积气压对金刚石晶形显露的影响。实验结果表明，生长时施加低的衬底偏压对金刚石的晶形显露有较大的影响，正的偏压有利于(111)面显露，负偏压有利于(100)面显露。在低偏压条件下生长时，低的沉积气压和甲烷浓度有利于(111)面显露；而高的气压和甲烷浓度有利于(100)面显露。过高的甲烷浓度将恶化金刚石质量，出现菜花状组织，无明显的晶面显露。     

Deposition of Diamond Films in a Closed Hot Filament CVD System

A closed system hot filament chemical vapor deposition (CVD) reactor has been used to deposit diamond films on silicon substrates. A fixed charge of hydrogen gas is fed into the deposition system until the desired deposition pressure level is reached. A solid graphite cylindrical rod held above the tungsten filament was the carbon source. System parameters for diamond film growth have been determined. The diamond structure of the films has been verified by x-ray diffraction (XRD). Morphology typical of CVD diamond films has been observed in scanning electron microscopy (SEM). The quality of the diamond films has been evaluated by micro-Raman spectroscopy.     

卤素原子在化学气相淀积金刚石薄膜过程中的作用

根据非平衡热力学耦合模型计算得到了碳氢氟和碳氢氯体低压金刚石生长的非平衡定态相图，计算与大量实验事实符合良好。     

MPCVD法在氧化铝陶瓷上的金刚石膜沉积及其成核分析

用微波等离子体化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）法在氧化铝陶瓷基片上沉积了金刚石薄膜。实验表明，对基片进行适当的预处理，包括用金刚石研磨膏仔细研磨和沉积前原位沉积一层无定形碳层，可显著提高成核密度；对硅衬底和氧化铝基片上金刚石膜的成核过程进行了对比分析，并提出了提高氧化铝基片上沉积金刚石的成核的措施。