化学气相沉积光学级金刚石薄膜的研究进展

化学气相沉积（CVD））金刚石薄膜优异的光学性能在近几年得到了广泛的重视,关于它的研究也在近几年取得了较大的突破。综述了CVD金刚石薄膜的光学性能,着重从成核、生长和后期处理三个方面对光学级CVD金刚石薄膜的制备进行了讨论,并对今后的研究作了展望。     

金刚石高频SAW器件中关键材料的制备研究

采用热丝化学气相沉积(CVD)法制备了自支撑金刚石膜,再通过射频磁控溅射法沉积氧化锌薄膜在自支撑金刚石膜上。通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)以及原子力显微镜(AFM)测试自支撑金刚石膜的表面形貌,结果表明,自支撑金刚石膜的成核面非常光滑,粗糙度约为10 nm;拉曼光谱显示成核面在1 333 cm-1附近有尖锐的散射峰,与金刚石的sp3键相对应,非金刚石相含量很少;X-射线衍射分析(XRD)显示,沉积在自支撑金刚石膜上的氧化锌薄膜为高度的c轴择优取向生长。     

军用纳米金刚石膜的研究与应用综述

对金刚石膜(及类金刚石膜)与传统光学材料的特性作了比较，分析了美军对于金刚石膜军用光学应用的需求以及金刚石膜在现有高科技武器装备中的应用前景，介绍了研制纳米金刚石膜的关键技术问题(主要是CVD和PLD方法)以及国内外研究和应用现状。     

军用纳米金刚石膜的研究与应用综述

对金刚石膜(及类金刚石膜)与传统光学材料的特性作了比较,分析了美军对于金刚石膜军用光学应用的需求以及金刚石膜在现有高科技武器装备中的应用前景,介绍了研制纳米金刚石膜的关键技术问题(主要是CVD和PLD方法)以及国内外研究和应用现状。     

金刚石膜表面微结构红外增透性能研究

CVD金刚石是一种性能优异的红外光学窗口材料，但其在红外波段的理论透过率仅能实现约71%。通过表面亚波长结构设计可进一步增强CVD金刚石膜的光学透过性能。该研究首先通过理论模拟，建立了金刚石微结构特征与光学增透之间的定量关系。基于此为指导，探讨了在具有微结构硅片表面，采用MPCVD方法复制生长出具有微结构的金刚石自支撑光学级薄膜，用于提升金刚石膜在红外波段的透过率。采用扫描电镜（SEM）观察了原始硅片和金刚石表面及微结构形貌，通过拉曼散射光谱评估了金刚石的生长质量及形核层影响，采用红外光谱仪测试了金刚石红外透过率。结果显示，单面构筑微结构后，金刚石膜在8~12 μm波段的透过率可从70%提升至76%，说明表面微结构能显著提升金刚石膜的光学透过性能。非金刚石形核层以及表面微结构的完整性不足可能是导致实验结果与理论模拟结果具有一定偏差的主要原因。     

高功率MPCVD金刚石膜红外光学材料制备

使用自行研制的椭球谐振腔式MPCVD装置,以H2-CH4为气源,就高功率条件下CH4浓度对金刚石膜的生长速率和品质的影响规律进行了研究,并在此基础上进行了大面积光学级金刚石膜的沉积。利用扫描电镜、激光拉曼谱仪、傅里叶红外光谱仪对金刚石膜的表面和断口形貌、金刚石膜的品质、红外透过率等进行了表征。实验结果表明,使用自行设计建造的椭球谐振腔式MPCVD装置在高功率条件下通过提高CH4浓度会使金刚石膜的生长速率增加,但当CH4浓度达到一定比例后,金刚石膜的生长速率将不再继续提高。CH4浓度在0.5%~2%时制备的金刚石膜品质较高;自行设计建造的椭球谐振腔式MPCVD装置能够满足在较高功率下光学级金刚石膜的快速沉积要求。     

纳米光学金刚石薄膜的分析与改进

由于极其优良的热学和光学性能,纳米金刚石薄膜极有可能应用于背投电视的激光光学窗口。文章通过在热丝辅助化学气相沉积法中采用偏压增强成核(BEN-HFCVD) ,成功地在(100)硅衬底上制得了适于作为光学窗口的高质量的光学级纳米金刚石薄膜,采用的偏压为-30 V。通过表征制备的纳米金刚石薄膜,发现它具有光滑的表面,表面均方根粗糙度(RMS)约为10 nm,并且对自支撑纳米金刚石薄膜进行透射光谱分析得到其透射率达到了50 %。     

电子级金刚石材料生长及其MESFET器件特性

采用直流电弧喷射法制备了电子级自支撑金刚石材料。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察金刚石膜表面形貌,用Raman光谱仪和X射线衍射仪进行晶体分析及表征,结果表明,金刚石薄膜为(110)择优取向,厚度均匀,电学性能稳定。研究了抛光转速和压力对金刚石膜抛光效率的影响,抛光处理后金刚石表面粗糙度(R ms)为0.569 nm。采用氢等离子体处理方法对该样品进行处理形成p型表面沟道,并采用自对准工艺制作出具有射频特性的金刚石场效应晶体管,其饱和电流密度为330.9 mA/mm,电流截止频率f T为9.3 GHz,最大振荡频率f max为18.5 GHz。     

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。     

HFCVD方法沉积金刚石薄膜的生长研究

本文讨论了金刚石薄膜应用于光学领域所偶到的问题，研究了热丝方法生长应用于光学膜的金刚石薄膜过程中，衬底表面的预处理和沉积条件如碳源浓度、衬底温度等对制备膜晶粒尺度和晶粒间界以及膜表面形貌的影响。