掺氮类金刚石薄膜的微观结构和电导特性

用射频等离子体化学气相沉积法（RFCVD）和CH4、N2与Ar组成的混合气体制备掺氮类金刚石薄膜（a-C:H:N)。用原子力显微镜（AFM）,俄歇电子能谱（AES）,红外光谱（IR）以及显微拉曼谱（Micro-Raman)对a-C:H:N薄膜的表面形貌、组分和微观结构进行了表征。实验结果表明,薄膜中有纳米量级的颗粒存在,而且随反应气体中N2与CH4比值的增大,薄膜中氮元素的含量也随之增大,并主要以C-N键和N-H键形式存在,少量以C≡N键形式存在,还研究了热退火对a-C:H:N薄膜的电导率的影响。     

PECVD法制备类金刚石薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用射频一直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积了类金刚石薄膜。用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行了表征，并用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度。用UMT微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同的滑行速度下薄膜的摩擦学性能。结果表明：所沉积的薄膜具有典型类金刚石薄膜的结构特征，薄膜表面光滑致密，硬度较高；薄膜与氧化铝陶瓷球对磨显示出良好的摩擦学性能，随着滑行速度的增加，薄膜的摩擦系数单调降低，但磨损寿命先增加后降低。     

直流负偏压对类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用直流-射频-等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石薄膜，采用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱、红外光谱、表面轮廓仪和纳米压痕仪考察了直流负偏压对类金刚石薄膜表面形貌、微观结构、沉积速率和硬度等性能的影响。结果表明：无直流负偏压条件下，薄膜呈现有机类聚合结构，具有较低的SP3含量和硬度；叠加上直流负偏压后，薄膜具有典型的类金刚石结构特征，SP3含量和硬度得到了显著的提高；但随着直流负偏压的升高，薄膜的沉积速率和H含量逐渐降低，而SP3含量和硬度在直流负偏压为200V时出现最大值，此后逐渐降低。     

基体负偏压对类金刚石涂层结构和性能的影响

采用直流等离子体增强化学气相沉积技术(DC-PECVD),通过控制基体负偏压的变化在YG8硬质合金基体上制备一系列类金刚石涂层。选用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、粗糙度仪对涂层形貌和结构进行表征测试。同时,利用显微硬度计、划痕测试仪系统地分析涂层的显微硬度和界面结合性能。结果表明:随着负偏压增大,涂层表面形貌逐渐平整光滑、致密,颗粒尺寸减小及数量降低。拉曼光谱表明,涂层具有典型的类金刚石结构,涂层中sp3键含量呈先增大后减小趋势,最大值约67.9%出现在负偏压为1000V左右,负偏压过大导致sp3键含量降低。显微硬度随负偏压变化规律与sp3键基本相符,sp3键含量决定显微硬度值大小。负偏压过大对吸附离子产生反溅射作用导致涂层厚度减小。当负偏压为1100V时,涂层与基体间的界面结合性能最优。     

脉冲激光沉积制备类金刚石薄膜的结构和光学性质

采用脉冲激光沉积方法在Si(100)衬底上制备了类金刚石薄膜,利用椭圆偏振光谱,拉曼光谱及X光电子能谱研究了衬底温度对薄膜的结构和光学性质的影响.结果表明较低衬底温度制备的薄膜的光学常数具有典型的类金刚石特征.衬底温度的升高导致了薄膜的有序化,使得薄膜的sp3键成分改变,从而影响了薄膜的光学常数.衬底温度过高,导致薄膜严重石墨化,表面粗糙度增加,不利于制备高质量类金刚石薄膜.     

射频负偏压对沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

在不同的射频负偏压作用下,利用微波电子回旋共振(ECR)等离子体源化学气相沉积技术在单晶硅表面进行制备类金刚石薄膜研究.利用傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)和原子力显微镜(ARM)对薄膜的结构成分和形貌进行了分析表征,同时对所制备的薄膜摩擦系数进行了测试.结果表明:所制备的薄膜具有典型的含H类金刚石结构特征,薄膜结构致密均匀、表面粗糙度小.随着负偏压的增大,红外光谱中2800 cm-1～3000 cm-1波段的C-H伸缩振动吸收峰的强度先升高后降低,在射频功率为50 W时达到最大,所对应的薄膜摩擦系数是先降低再升高,在射频功率为50 W时达到最小.     

类石墨烯单层结构ZnO和GaN的压电特性对比研究

本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了类石墨烯单层结构ZnO(g-ZnO)和GaN(g-GaN)的力学、电学和压电性质,重点研究了施加应变后原子坐标弛豫与否的Clamped-ion和Relaxed-ion两种模式的弹性刚度系数和压电张量。结果表明单层g-ZnO和g-GaN均具有半导体属性和较好的弹性。单层g-ZnO和g-GaN的压电系数分别约为9.4和2.2 pm·V^–1,预测这类单层材料在极薄器件中可能具有压电效应,且g-ZnO的压电性能更好。因此,类石墨烯单层ZnO有望用于压力传感器、制动器、换能器及能量收集器等纳米尺度器件。     

辅助气体组成对类金刚石薄膜结构和性能的影响

分别以氩气-甲烷、氩气-乙炔为辅助气体,高纯石墨为靶材,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术制备了类金刚石薄膜.采用Raman光谱、X射线光电子能谱、纳米压痕测试仪、原子力显微镜对所制备类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌进行了分析.Raman光谱和X射线光电子能谱测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜中sp3杂化键的含量比以氩气-乙炔为辅助气体制备的类金刚石薄膜的高.纳米压痕测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的纳米硬度比以氩气-乙炔为辅助气体的高.原子力显微镜测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度比以氩气-乙炔为辅助气体的低.以上结果说明辅助气体组成对类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌有较大的影响.     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子柬(High-intensity pulsed ion beam-HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(100)基体上沉积类金刚石(Diamond-like carbon-DLC)薄膜，基片温度的变化范围从25℃(室温)到400℃。利用Raman谱、X射线光电子谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出，基片温度低于300℃时，sp3C杂化键的含量大约在40％左右；从300℃开始发生sp3C向sp2C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高，DLC薄膜中sp3C的含量降低，由25℃时42．5％降到400℃时8．1％，XRD和AFM分析得出，随着基片温度的增加，DLC薄膜的表面粗糙度增大，薄膜的纳米显微硬度降低，摩擦系数提高，内应力降低。基片温度为100℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好，纳米显微硬度22GPa，表面粗糙度为0．75nm，摩擦系数为0．110。     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束 (High intensitypulsedionbeam HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(1 0 0 )基体上沉积类金刚石 (Dia mond likecarbon DLC)薄膜 ,基片温度的变化范围从 2 5℃ (室温 )到 40 0℃。利用Raman谱、X射线光电子谱 (XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜 (AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出 ,基片温度低于 30 0℃时 ,sp3C杂化键的含量大约在 40 %左右 ;从 30 0℃开始发生sp3C向sp2 C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高 ,DLC薄膜中sp3C的含量降低 ,由 2 5℃时 42 .5 %降到 40 0℃时 8.1 % ,XRD和AFM分析得出 ,随着基片温度的增加 ,DLC薄膜的表面粗糙度增大 ,薄膜的纳米显微硬度降低 ,摩擦系数提高 ,内应力降低。基片温度为 1 0 0℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好 ,纳米显微硬度 2 2GPa ,表面粗糙度为 0 75nm ,摩擦系数为 0 .1 1 0。