采用石墨碳源沉积金刚石薄膜

采用固相石墨为碳源,使用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在Si(111)上沉积高质量的金刚石薄膜.研究了在气相碳源浓度处于不饱和状态时,沉积气压和石墨温度对生长速率的影响.利用SEM、XRD、红外光谱分析薄膜表面形貌和质量.结果表明高质量的金刚石薄膜可在H2激发而产生的封闭的等离子体气氛下合成,高的沉积气压和石墨温度会导致高的气相碳源浓度,从而有利于提高薄膜的生长速率,而低的气相碳源浓度有利于沉积薄膜的质量的提高.     

MPCVD制备金刚石中的光谱分析

在微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）多晶金刚石的过程中,利用发射光谱法（OES）诊断等离子体中活性基团的分布情况,研究了沉积气压、CH4体积分数以及气体流量对等离子体中基团谱峰强度的影响,讨论了相关基团与金刚石沉积速率和质量之间的关系. 结果表明:在微波功率800 W下,气压从12 kPa增加到16 kPa,等离子体中各基团浓度均显著增加,有利于提高金刚石的沉积速率. 气压16 kPa、功率800 W时,CH4体积分数从2%增加到7%,C2基团峰值强度从12 600 cps 增加到24 800 cps,而氢原子峰值强度从60 000 cps 变为61 000 cps,导致C2基团与氢原子浓度比值从0.21增加到0.40,金刚石的沉积速率虽然提高,但沉积质量下降. 当沉积气压和CH4体积分数分别从16 kPa、4%提高到18 kPa、6%时,C2基团峰值强度从28 000 cps 增加到37 000 cps,同时保持了C2基团与氢原子浓度比值约0.28不变,既保证了金刚石沉积质量又显著提高了金刚石的沉积速率. 等离子体体系中基团浓度基本不受气体流量变化的影响.     

WC—Co硬质合金上高质量金刚石薄膜的制备

采用微波等离子体化学气相沉积法在硬质合金基体上制备金刚石薄膜,研究了铜过渡层和酸蚀脱钴两种基体前处理工艺以及在施加铜过渡层的情况下,不同的沉积气压和基片温度对金刚石薄膜的质量的影响。结果表明,在施加铜过渡层后,在适中的沉积条件下（沉积气压6．0kPa,基片温度约为780度）可得到质量较好的金刚石薄膜。     

WC-Co硬质合金上高质量金刚石薄膜的制备

采用微波等离子体化学气相沉积法在硬质合金基体上制备金刚石薄膜.研究了铜过渡层和酸蚀脱钴两种基体前处理工艺以及在施加铜过渡层的情况下,不同的沉积气压和基片温度对金刚石薄膜的质量的影响.结果表明:在施加铜过渡层后,在适中的沉积条件下(沉积气压6.0 kPa,基片温度约为780℃)可得到质量较好的金刚石薄膜.     

微波CVD法低温制备纳米金刚石薄膜

利用甲醇和氢气的混合气体，用微波等离子体CVD方法在480℃下成功地在硅片表面制备出纳米金刚石薄膜，本文研究了甲醇浓度和沉积温度对金刚石膜形貌的影响．通过Raman光谱、原子力显微镜及扫描隧道显微镜对样品的晶粒尺寸及质量进行了表征．研究结果表明：通过提高甲醇浓度和降低沉积温度可以在直径为50mm的硅片表面沉积高质量的纳米金刚石薄膜，晶粒尺寸大约为10～20nm，并对低温下沉积高质量的纳米金刚石薄膜的机理进行了讨论．     

微波法制备单晶金刚石的研究进展

人工合成金刚石的方法主要有高温高压法和化学气相沉积法两种.高温高压法制备的金刚石尺寸小,无法避免金属杂质使得制备的金刚石应用受到限制.在所有的化学气相沉积中,微波等离子体化学气相沉积法具有无放电污染,能量转换效率高,工艺参数易于调节等优点.用微波等离子体化学气相沉积法制备大尺寸、高速率、高质量的单晶金刚石受到广泛重视.介绍了微波等离子体化学气相沉积单晶金刚石的制备工艺,对提高金刚石生长速率,扩大金刚石单晶尺寸两个方面的研究进展进行了综述,并对单晶金刚石的前景进行了展望.     

基片预处理对CVD金刚石薄膜形核的影响

微波辅助等离子体化学气相沉积法是目前低压气相合成金刚石薄膜方法中应用最普遍、工艺最成熟的方法,形核是CVD金刚石沉积的第一步．利用微波辅助等离子体化学气相沉积装置,研究了硅基片预处理方式对金刚石薄膜形核密度的影响．在工作气压为5-8kPa,微波功率为2500—5000W,甲烷流量为4-8cm^3／min,氢气流量为200em3／min,沉积温度为500℃-850℃的条件下,在单晶Si基片上沉积金刚石薄膜．通过扫描电子显微镜形貌观察表明,基片预处理能够显著提高金刚石形核密度,同时用拉曼光谱表征了金刚石薄膜的质量,     

CVD条件对金刚石薄膜／钼基体界面层的影响

用微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）在Mo基片上沉积金刚石薄膜时,界面层钼的碳化程度与初始沉积条件有关,利用XRD,SEM,EDS,对界面层进行的研究表明：在化学气相沉积的开始阶段,较低的甲烷浓度有利于碳向基体内的扩散从而让表面的Mo充分碳化,形成富含Mo2C的界面层,甲烷浓度过高时有利于金刚石的形核而不利于碳向基体内的扩散,在金刚石薄膜的生长过程中,碳向基体内的扩散很少,界面层的组成结构保持不变。     

CVD条件对金刚石薄膜/钼基体界面层的影响

用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)在Mo基片上沉积金刚石薄膜时,界面层钼的碳化程度与初始沉积条件有关.利用XRD,SEM,EDS对界面层进行的研究表明:在化学气相沉积的开始阶段,较低的甲烷浓度有利于碳向基体内的扩散从而让表面的Mo充分碳化,形成富含Mo2C的界面层.甲烷浓度过高时有利于金刚石的形核而不利于碳向基体内的扩散.在金刚石薄膜的生长过程中,碳向基体内的扩散很少,界面层的组成结构保持不变.     

CVD金刚石膜工艺研究

用电镜、激光ROMAN谱分析等手段研究工艺参数对CVD金刚石膜生长速率和生长质量的影响。结果显示：金刚石薄膜的生长速率随甲烷浓度、基片温度的增加而增加，随工作气压的升高先是增加，而后降低，峰值在15—20kPa处。     

大面积金刚石膜生长过程中的缺陷和内应力

采用甲烷和氢气作为气源,在直径为50 mm的抛光单晶硅片上,利用新型微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置制备出金刚石膜.用扫描电子显微镜观测金刚石膜的表面形貌,利用激光Raman光谱表征金刚石膜的质量以及X射线衍射检测金刚石膜的成分和晶界缺陷.结果表明V(CH4)/V(H2)为1%,基片温度为845℃时,生长金刚石膜的质量较好,并且具有完整的晶体形貌,但是扫描电子显微镜图×5 000倍时,观察到金刚石膜中明显的晶体缺陷存在,同时X射线衍射图表明金刚石膜的内应力较大.     

脉冲电弧放电电离有机溶液制备碳膜的研究

利用脉冲电弧放电电离甲醇、乙醇、丙酮等有机溶液在常温、常压下制备了含金刚石成分的碳膜。用扫描电子显微镜(SEM)，激光Raman光谱和傅里叶红外光谱(FTIR)研究了薄膜的形貌和质量。结果表明：在相同的放电条件下甲醇比乙醇、丙酮等有机溶液等更有利于金刚石的合成；而提高放电电压和降低甲醇浓度有助于提高薄膜中金刚石成分的含量。     

常压微波等离子射流脱碳处理有机工业废气

在自行设计的常压微波等离子体射流装置上进行了丙酮模拟有机工业废气的脱碳实验,得到了纳米碳粉。利用Raman光谱、XRD、SEM、TEM和EDAX对制得的碳粉的结构和形貌进行了分析。体积分数62.5％的有机废气在等离子体射流的作用下得到的固态碳粉以微晶石墨结构为主,含有少量的微晶金刚石结构．TEM分析表明石墨晶体为颗粒状和层状结构．该技术可用于有机废气的脱碳处理和纳米碳粉的回收利用。     

Influence of methane on hot filament CVD diamond films deposited on high-speed steel substrates with WC-Co interlayer

Diamond films were deposited on high-speed steel substrates by hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) method. To minimize the early formation of graphite and to enhance the diamond film adhesion, a WC-Co coating was used as an interlayer on the steel substrates by high velocity oxy-fuel spraying. The effects of methane content on nucleation, quality, residual stress and adhesion of diamond films were investigated. The results indicate that the increasing methane content leads to the increase in nucleation density, residual stress, the degradation of quality and adhesion of diamond films. Diamond films deposited on high-speed steel (HSS) substrate with a WC-Co interlayer exhibit high nucleation density and good adhesion under the condition of the methane content initially set to be a higher value (4%, volume fraction) for 30 min, and then reduced to 2% for subsequent growth at pressure of 3 kPa and substrate temperature of 800 °C.     

Preparation and Characterization of High Quality Diamond Films by DC Arc Plasma Jet CVD Method

OneoftheimpoftantprogressesinCVDdiamondresearchesisthepreparationofopticalgradetransparentdiamondfilmsinrecentyears[l-2].ThephysicalandchemicalpropertiesofthesefilmsarenearlythesameasthatofthenaturaltypeIladiamond,soopticalgradediamondfilmshavepotent...     

再结晶石墨的形成机制

用高温高压温度梯度法作为实验手段来生长优质宝石级金刚石单晶。发现在金刚石合成的稳定区内(人造石墨碳源已完整为金刚石,而且籽晶上有宝石级金刚石单晶的持续生长),结晶性完整的亚稳态再结晶石墨更容易在相对低压高温区出现,其成核驱动力小于金刚石。本文还首次从过剩溶解度角度讨论了再结晶石墨的形成过程。研究表明:在金属触媒溶液中由高温端扩散下来的大量碳源处于过饱和状态时,再结晶石墨是作为一种中间相首先出现,当压力、温度合适时,再结晶石墨会再次成核为金刚石单晶,否则,再结晶石墨就会稳定保留下来。     

直流负偏压对金刚石形核的影响

本文研究了微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜中，直流负偏压的大小、施加的时间和施加偏压期间的甲烷浓度对光滑Ｓｉ衬底上金刚石形核的影响．发现适当的衬底负偏压可以极大地促进金刚石的形核，而过高或过低的偏压则都不利于形核。     

Diagnosis of gas phase near the substrate surface in diamond film deposition by high-power DC arc plasma jet CVD

Optical emission spectroscopy （OES） was used to study the gas phase composition near the substrate surface during diamond deposition by high-power DC arc plasma jet chemical vapor deposition （CVD）. C2 radical was determined as the main carbon radical in this plasma atmosphere. The deposition parameters, such as substrate temperature, anode-substrate distance, methane concentration, and gas flow rate, were inspected to find out the influence on the gas phase. A strong dependence of the concentrations and distribution of radicals on substrate temperature was confirmed by the design of experiments （DOE）. An explanation for this dependence could be that radicals near the substrate surface may have additional ionization or dissociation and also have recombination, or are consumed on the substrate surface where chemical reactions occur.