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。     

两种金刚石碳膜的制备及其场发射特性研究

对相同的衬底进行不同的处理后，放入微薄等离子体腔中，在不同的条件下制备出纯平金刚石碳膜和球状金刚石聚晶颗粒碳膜，通过扫描电镜、拉曼光谱、Ｘ射线分析碳膜的形貌与结构，利用场发射二级结构研究两种金刚石碳膜的场发射性能，简单分析了不同碳膜的成因和场发射性能。     

过渡层对类球状微米金刚石聚晶的场发射影响

在陶瓷衬底上通过磁控溅射方法镀上金属Ti层后,改用CH4为溅射气体制备一层碳化物过渡层,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱和x-射线衍射分析了薄膜的结构和表面形貌。测试了类球状微米金刚石聚晶膜的场致电子发射特性,有过渡层制备的类球状微米金刚石聚晶膜的场发射开启电场仅为0.9V/μm,在2.5V/μm的发射电场下电流密度是10.8mA/cm2,而无过渡层制备的类球状微米金刚石聚晶膜的开启电场为1.27V/μm,在2.5V/μm的发射电场下电流密度是0.5mA/cm2。实验结果表明,有碳化物过渡层的类球状微米金刚石聚晶薄膜的场发射特性效果更好。     

提高微米金刚石聚晶薄膜的场发射点密度研究

本文是利用微波等离子化学气相沉积的方法,制备出微米金刚石聚晶颗粒薄膜,通过扫描电镜、拉曼光谱、X射线实验,分析了薄膜的形貌与结构,用场发射二级结构研究薄膜的场发射性能。研究了微米金刚石聚晶薄膜的产生的机理,调整制备过程中的参数来增加聚晶颗粒的密度,提高场发射点的密度,为制备大面积、均匀的场发射阴极打下基础。     

微米金刚石聚晶薄膜场发射点的研究

采用微波等离子化学气相沉积方法,以甲烷和氢气为反应气体,在镀有金属钛的陶瓷衬底上,制备了微米金刚石聚晶薄膜.利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱对薄膜的化学组成、微观结构和表面形貌进行了表征.用二级结构的场发射仪和扫描隧道显微镜研究了薄膜的场发射性能,结果表明微米金刚石聚晶薄膜发射点主要来源于聚晶颗粒.进一步研究了单个聚晶颗粒表面不同区域的发射性能,发现多种因素对场发射的性能有影响.     

大功率准分子激光制备类金刚石膜及场发射性能

采用大功率高重复频率准分子激光溅射热解石墨靶制备了类金刚石膜,研究了激光功率密度和重复频率对类金刚石膜的结构及场发射性能的影响.保持重复频率不变,提高激光功率密度可提高膜中sp3键碳的含量和膜的场发射性能;在最佳激光功率密度下,当重复频率由200 Hz提高到500 Hz,膜中sp3键碳的含量和膜的场发射性能先提高,后降低,在300 Hz时达到最佳.在300 Hz重复频率、1010W/cm2激光功率密度下.膜的发射阈值电场为26 V/μm,在34 V/μm的电场下测得电流密度为14μA/cm2.根据类金刚石膜的场发射机理对上述结果进行了分析解释.     

微米金刚石薄膜的制备与场发射研究

利用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法,在镀金属钛层的陶瓷基底上面,调整优化沉积参数,制备出了碳膜。通过各种仪器分析了碳膜的内部结构和表面形貌,证明该碳膜是微米金刚石薄膜。进一步将微米金刚石薄膜作为场发射阴极材料,测试了其场致电子发射特性。稳定发射状态下的开启电场为1.15V/μm, 在3.35V/μm的电场下,其场发射电流密度为0.81mA/cm2,发射点密度约为104/ cm2。并对其发射机理进行了研究。     

金刚石镶嵌非晶碳膜和类金刚石薄膜的场致电子发射研究

报道了在钼衬底上利用微波等离子体化学气相淀积技术制备金刚石镶嵌非晶碳膜，在硅衬底上用脉冲激光淀积技术（pulsedLaserDeposition）制备类金刚石薄膜，并对其场发射特性和机理进行了进一步的研究。用金刚石镶嵌非晶碳膜作阴极，在2．1V／μm的场强下便有电子发射，最大发射电流密度为4mA／cm2。实验表明，金刚石镶嵌非晶碳膜是制做场效发射冷阴极的合适材料。     

喷射CVD法制备金刚石厚膜及其内应力分析

采用直流电弧等离子体喷射CVD法制备出金刚石薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、Raman光谱及X射线衍射(XRD)等研究基底温度对金刚石厚膜生长特性及内应力的影响。结果表明:950℃基底温度生长的金刚石厚膜结晶性能较好,纯度较高;而850℃和1050℃生长的金刚石厚膜表面呈现大量的孪晶缺陷,结晶度较低,同时出现较多的非金刚石碳,纯度较低。随着基底温度的增加,(111)晶面和(311)晶面的衍射峰强度逐渐增强,(220)晶面的衍射峰强度逐渐降低。850℃和950℃基底温度生长的金刚石厚膜的宏观应力和微观应力都呈现出拉应力,1050℃基底温度生长的金刚石厚膜的宏观应力和微观应力都呈现出压应力。     

复合发光碳膜

分析研究复合碳膜的制备及场发射效果。在陶瓷衬底上磁控溅射一层金属钛,对金属钛层进行仔细研磨,放入微波等离子体化学气相沉积腔中,在镀钛陶瓷衬底上制备出碳膜。利用扫描电镜、x射线衍射、拉曼光谱分析复合碳膜的微观结构和微观表面形态,表明此碳膜是含有碳纳米管、非晶碳和球状微米金刚石颗粒的复合碳膜。用二极管型结构测试了复合碳膜的场致发射电子的性能。首次发光的电场为0.75V/μm,稳定发光2.56V/μm的电场下,复合碳膜阴极发射电流密度为7.25mA/cm2。并对其复合碳膜制备成因及发射机理进行了研究。     

Si和Si尖上纳米金刚石场电子发射性质的研究

研究了Si和Si尖上纳米金刚石场电子发射性质。纳米金刚石是利用热灯丝CVD法合成的，反应气体是CH4、N2和H2的混合物。实验结果表明Si衬底上的纳米金刚石特别是Si尖上的金刚石与多晶金刚石相比，前者极大地改善了场发射性质。场发射电场阈值和电流与金刚石晶粒度密切相关。文中对其结果进行了讨论。     

Spatial correlation of electron field emission sites withnon-diamond carbon content in CVD diamond

Field-induced electron emission is obtained from 15 mm diameter CVD polycrystalline diamond films deposited on silicon wafers from a microwave discharge. These films were grown such that the percentage of non-diamond carbon is highest at the edge of the film. It was found that the majority of the emission sites also occured at the edge of the film     

Electron emission from phosphorus- and boron-doped polycrystallinediamond films

The electron emission from CVD-grown phosphorus (P-) and boron (B)-doped polycrystalline diamond films has been studied. The current density against electric field characteristics of the P-doped film showed low-field emission compared to the B-doped film. From the slope ratio of the Fowler-Nordheim (F-N) characteristics of P- and B-doped films, a ratio of 0.66 for the emission barrier height was obtained. The small ratio might be caused by the n-type semiconducting properties of P-doped diamond films     

HFCVD金刚石薄膜的热场模拟及实验

基体温度是影响金刚石薄膜生长质量的重要因素之一.基于有限元分析法,通过AN-SYS CFX软件对基体温度场进行模拟仿真,得到基体表面温度场的分布,并分别讨论了热丝-基体距离、热丝间距、水冷系数等参数对系统温度场均匀性和一致性的影响.经仿真优化后得到的参数值分别为热丝-基体距离10 mm、热丝间距15 mm、水冷系数1 000 W/(m2·K).在此优化工艺的基础上进行热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜的实验,并采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对金刚石薄膜表面特征进行检测.结果表明:利用仿真优化后的薄膜生长参数,可以在金刚石薄膜生长区域得到比较均匀的多晶金刚石薄膜.     

两种微米金刚石聚晶颗粒薄膜的制备与场发射研究

采用微波等离子体化学气相沉积,在不同的沉积条件下得到两种微米金刚石颗粒薄膜,通过拉曼光谱仪和X射线仪分析了两种薄膜的成分,用扫描电子显微镜分析了两种薄膜的表面形貌,用二级结构的场发射装置研究了薄膜的场发射性能,最终分析并讨论了场发射性能优异的微米金刚石薄膜的特征。     

衬底对微米金刚石聚晶薄膜生长及场发射特性的影响

摘要：本文在陶瓷衬底上面利用磁控溅射的方法镀上一层厚金属钛,用不同方法对金属钛层进行表面处理,处理后的衬底放在微波等离子体化学气相沉积腔中,在相同的沉积条件下制备出不同微米金刚石薄膜。对不同的薄膜的微观表面形态、结构组成进行对比研究;对不同的薄膜用二极管型结构测试了它们的场致发射电子的性能,并对发射机理进行了深入的研究。最终分析出不同方法处理的衬底,对微米金刚石聚晶薄膜生长及场发射特性的影响的原因。     

金刚石镶嵌非晶碳膜表面微尖对场致发射的增强作用

用微波等离子体化学气相沉积设备,在金属钼衬底上沉积出了表面存在大量微尖的金刚石镶嵌非晶碳膜,分别用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、金相显微镜和Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ）及Ｒａｍ ａｎ谱对样品进行了分析测试,并研究了各样品的场致电子发射特性。结果发现：在笔者的实验范围内,金刚石薄膜表面微尖对场致电子发射具有增强作用,且薄膜表面微尖数目越多,场发射电流密度和发射点密度越高,场发射的发射阈值越低。最后建立了一个二次场增强模型对实验结果进行了解释     

场致电子发射技术分析

本文介绍了发射的机理致发射的几种不同类型的阴极,叙述了类金刚石薄膜作为场致发射阴极的优点,最后对场致发射的应用进行了分析。