磁约束微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜

采用国内研制的电子回旋共振化学气相沉积(ECRCVD)设备,在单晶硅衬底上沉积了金刚石薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光拉曼谱仪(RAM)的测试,证明所沉积的薄膜具有明确的金刚石特征。所采用的ECRCVD设备,具有低压沉积、大面积均匀和低温生长的优点。这种方法在合成金刚石光学膜、半导体膜以及其它薄膜方面,很有发展潜力。     

PLD法制备半球面均匀DLC膜的装置、仿真与实验

由于激光烧蚀靶材形成的等离子体羽辉呈高斯分布,导致沉积的大面积薄膜尤其是球面衬底上的薄膜极不均匀,严重限制了脉冲激光沉积法的应用。设计构建了旋转与变速摆动相结合的三维衬底机构,实现对半球面不同区域的连续沉积,保证了膜层的均匀性;建立膜厚分布的数学模型,模拟分析了运动参数对膜厚分布的影响;首次利用脉冲激光沉积技术制备出口径200 mm大尺寸半球面衬底上的均匀类金刚石膜,顶角80范围内膜厚不均匀性5%。脉冲激光沉积法在大口径半球面衬底上制备均匀类金刚石膜在空间观测等领域均具有巨大的应用前景。     

宽禁带半导体金刚石

较详细地叙述了当前国内外正处在研究热潮中的金刚石半导体的优越性质、发展状况及其应用和潜在的应用前景.同时分析和比较了金刚石薄膜的各种制备方法,可以看出微波等离子体化学汽相沉积法是较好的制备金刚石薄膜的生长技术,并且分析了该技术的特点和优势.该法在保持适当氩气氛和施加衬底负偏压下还可进一步提高金刚石膜的生长速率和质量.对于金刚石异质(在硅衬底上)成核的基本机理也进行了分析.最后,阐述了研究金刚石半导体薄膜目前需要解决的关键问题及其发展方向.     

MPCVD金刚石薄膜的红外椭偏光学性能研究

椭圆偏振光谱法是一种非破坏性光谱技术。为了获得微波等离子体化学汽相沉积(MPCVD)金刚石薄膜的最佳沉积条件,用红外 椭圆偏振光谱仪对MPCVD金刚石薄膜的红外光学性能进行了表征测量,并分析了衬底温度和反应室的压强对金刚石 薄膜的红外光学性质的影响。当甲烷浓度不变,衬底温度为750℃,反应室的压强为4.0kPa时,金刚石膜的红外椭偏光学性质达到最 佳,其折射率的平均值为2.393。研究结果表明,金刚石薄膜的光学性能与薄膜质量密切相关,同时也获得了最佳的金刚石薄膜工艺 条件。     

脉冲激光沉积法制备无氢类金刚石薄膜

无氢类金刚石薄膜与含氢类金刚石薄膜比较,具有硬度更高、弹性模量更大、耐磨性能更好等优点,更适合于用作红外抗反射兼保护层.本文使用波长532 nm的脉冲激光,靶材为石墨,在硅与锗衬底上沉积无氢类金刚石薄膜.通过离子轰击衬底表面,改变衬底温度、改变靶与衬底之间的偏压等方法,提高薄膜的质量(光学均匀性、表面的附着等).样品的Raman光谱分析说明含SP3的比例高,扫描电镜表面形貌分析反映出薄膜具有良好的光学均匀性,显微硬度测量给出了硬度的结果.实验结果表明所获得的无氢类金刚石薄膜可用作红外抗反射兼保护层.(OH4)     

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.     

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。     

类金刚石薄膜的结构和红外光学性能研究

本文用辉光放电等离子体化学气相沉积(PCVD)法在Si、Ge玻璃等基片上制备出品质较好的类金刚石薄膜。首先,用拉曼光谱和红外吸收谱研究了所制备薄膜的结构,并且研究了制备膜的光吸收和光学带隙,然后,研究了沉积有类金刚石膜Si,Ge等基片的红外透过率。     

利用脉冲准分子激光在ZnS上沉积类金刚石薄膜

利用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术,通过对激光等离子体的粒子成分以及空间分布的诊断,实现了等离子体成分的选择性沉积。在不降低光谱范围和透过率指标的前提下,解决了类金刚石(DLC)薄膜和硫化锌(ZnS)基底的牢固结合问题;通过改进基底平台的扫描方式,在激光烧蚀沉积工艺中沉积了80mm的大面积均匀类金刚石薄膜。制备的类金刚石/ZnS镀膜样品,光谱范围为0.53~12μm,其中1.3~11μm波段透过率在70%以上,膜层均匀性优于95%,可耐受环境湿度95%~100%,工作温度-45~85℃,附着力达到国军标要求。研究表明,利用类金刚石薄膜可以明显提高ZnS材料的耐冲击、耐高温、耐辐射和抗沙粒、盐、雾和尘埃的磨损侵蚀等能力。     

Al2O3陶瓷上金刚石膜生长工艺优化及α粒子响应

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在氧化铝陶瓷衬底上沉积金刚石膜,并制作梳状电极的α粒子探测器.通过优化薄膜生长条件,发现酒精浓度为0.8%、沉积温度为850℃时,金刚石薄膜的介电常数最接近单晶金刚石膜,X射线衍射、喇曼光谱及扫描电子显微镜测试表明金刚石膜的质量较好.探测器的FV测试结果表明暗电流在10-8～10-7A之间,α粒子(241Am 5.5MeV)辐照下电流为10-5～10-4A.     

循环刻蚀工艺对金刚石膜形貌和电阻率的影响

为了制备新型金刚石薄膜辐射剂量计,针对目前金刚石薄膜质量较差,难于满足辐射剂量计要求的问题,采用微波等离子体CVD法,研究了循环刻蚀生长阶段工艺参数(甲烷浓度,基片温度)和刻蚀方法对薄膜形貌、电阻率的影响。结果表明,循环刻蚀生长有利于提高金刚石薄膜的纯度和取向性。当?(甲烷)为0.34%,基片温度为960℃时,可获得[100]晶面取向的、电阻率达1011Ω·cm的金刚石膜,和采用常规工艺所得金刚石薄膜相比,其电阻率提高了3个数量级。     

低气压下制备金刚石薄膜的研究

利用我们自己研制的磁约束直流等离子体设备，在低气压（＜１Ｔｏｒｒ）下。用Ａｒ＋Ｈ２＋ＣＨ４的混合气体在基片上进行了沉积金刚石薄膜的工艺研究。利用扫描电镜和拉曼光谱对不同的进气方式所制备出的金刚石薄膜的形貌和质量进行了比较。结果表明。当在基片表面附近引入碳源气体和大约５０％氢气时，可以大大提高薄膜质量。     

金刚石基底上制备(002)AlN薄膜的研究

首先采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在O2/H2/CH4混合气体气氛下利用大功率微波在(100)Si片上生长出了异质外延金刚石膜,X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的表征分析结果表明,制备的金刚石膜具有很高的金刚石相纯度,且晶粒排列紧密;继而采用射频磁控反应溅射法,在抛光的金刚石基底上成功制备了高C轴择优取向的氮化铝(AlN)薄膜,研究了不同的溅射气压、靶基距对AlN薄膜制备的影响,XRD检测结果表明,溅射气压低,靶基距短,有利于AlN(002)面择优取向,相反则更有利于AlN薄膜的(103)面和(102)面择优取向;研究了AlN薄膜在以N终止的金刚石基底和纯净金刚石基底两种表面状态上的生长机制,结果发现,以N终止的金刚石基底非常有利于AlN(002)面择优取向生长;从Al-N化学键的形成以及溅射粒子平均自由程的角度,探讨了其对AlN薄膜择优取向的影响。     

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。     

金刚石/硅复合膜的导热特性研究

用金刚石粉,用不同时间在两片镜面抛光的(111)硅基片上分别打磨.两片硅基片打磨后都仍保持镜面特征.采用微波等离子体化学气相沉积系统,利用氢气、甲烷和氧气为前驱气体,在同样参数条件下,在基片上制备了直径5 cm的金刚石薄膜.用扫描电镜和X射线衍射分析两片薄膜结构.分析结果表明其表面形貌基本相同都为(111)择优取向的金刚石薄膜;但X射线衍射分析表明打磨时间较长的薄膜中含有一定量在非晶成分.用热导测试仪测试两薄膜和硅基片的热导率约为:241.7 W/mK,192.9 W/mK和169.3 W/mK.结合扫描电镜和X射线衍射分析结果我们讨论了基底处理对金刚石/硅复合膜的导热特性的影响.     

RF—HFCVD生长高质量纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积 (RF HFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了高质量的纳米金刚石薄膜 .研究了衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性和光学性质的影响 ,其最佳值分别为70 0℃、2× 133Pa和 2 0 0W .在该条件下金刚石成核密度达 10 11cm-2 ,经 1h生长即获得连续薄膜 ,其平均晶粒尺寸为 2 5nm ,表面粗糙度仅为 5 5 ,在近红外区域 (80 0nm处 )的光透过率达 90 % .     

Ion beam-assisted planarization of chemically vapor deposited diamond thin films using electron cyclotron resonance plasma

The high inherent surface roughness of as-deposited polycrystalline diamond films has made effective planarization processing of these films essential for most industrial applications. We have investigated the efficacy of ion beam sources for planarization in an electron cyclotron resonance plasma system using both direct substrate biasing and an accelerating grid system. Rough polycrystalline diamond films were synthesized using hot filament chemical vapor deposition. Both the etching rates and the resultant surface roughnesses were found to decrease as the angle of incidence (relative to the substrate surface normal) of the ion beam was increased. In the case of direct biasing of the sample, acicular features were observed following processing at higher incident angles. The use of double ion-extraction grids in conjunction with concomitant sample rotation was found to produce more uniform planarization of the diamond films. The rate of surface roughness reduction was found to be nonlinear and decreased with time. For both ion extraction methods investigated, the average film roughness (R_a) was significantly reduced from 0.2 to 0.05–0.06 μm.     

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。     

基片表面预处理对热丝CVD法生长金钢石薄膜的影响

本文研究了在热丝CVD方法生长金刚石薄膜中,基片表面的研磨处理对金刚石成核密度以及生长膜结构的影响。发现基片表面的预处理一方面可以提高金刚石的成核密度,另一方面又使生长膜的结构变得不利于应用。最后讨论了基片表面预处理对金刚石成核作用的机理和两种新的表面预处理方法。