偏压对MPCVD金刚石薄膜织构生长的影响

通过偏压激波等离子体化学气相沉积法（ＭＰＣＶＤ）成功地在Ｓｉ（１００）上生长出具有（１００）织构的金刚石薄膜。阐述了实验过程,讨论了偏压对（１００）织构金石薄膜成核与生长条件的影响,偏压有助于成核密度的提高和有利于（１００）织构生长,采用ＳＥＭ、Ｒａｍａｎ光谱等对所得榈进行了表征。     

P型和N型金刚石薄膜研究进展

金刚石薄膜有着高的热导率,高的介质击穿场强,高的载流子迁移率以及宽的禁带等优点,是非常理想的功能材料。掺杂使金刚石薄膜具有独特的电学和热学性能,使其在半导体领域具有广阔的应用前景,近年来成为国内外研究的热点之一。综述了金刚石薄膜P型掺杂和N型掺杂的研究现状,对金刚石薄膜N型掺杂研究中存在的问题进行了分析和探索,并对N型金刚石的前景进行了展望。     

用于MPCVD金刚石薄膜生长的高表面质量HTHP金刚石的制备

高质量的表面加工是金刚石体块和薄膜生长以及器件制备的关键.本实验利用激光切割块状HTHP金刚石,并采用激光共聚显微镜(LEXT)、拉曼光谱(Raman)及X射线光电子谱(XPS)、电子背散射衍射(EBSD)分析金刚石的表面形貌、抛光过程中表面状态的转化情况,以及抛光后金刚石的表面损伤及结晶质量.经过机械抛光和化学机械抛光,激光切割带来的表面碳化层和损伤层被有效去除,金刚石的表面粗糙度达到0.764 nm.进一步地,通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在HTHP金刚石籽晶上沉积同质薄膜材料,获得生长条纹规则、低应力、拉曼半宽2.1 cm-1、XRD半宽仅为87arcsec的高质量金刚石薄膜.     

MPCVD合成β—C3N4晶态薄膜

采用微波等离子体化学气相沉积法（ＭＰＣＶＤ），以Ｎ２，ＣＨ４作为反应气体合成碳氢膜。通过控制反应温度，气体流量，微波功率，反应气压等工艺条件在Ｓｉ和Ｐｔ基片上，进行β－Ｃ３Ｎ４晶态薄膜的合成研究。扫描电镜下观察到生长在Ｓｉ基底上的薄膜晶有六角晶棒的密排结构。扫描隧道显微镜下观察到在Ｐｇ基底上生长的碳氮薄膜由针状晶粒组成。     

MPCVD法在氧化铝陶瓷上的金刚石膜沉积及其成核分析

用微波等离子体化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）法在氧化铝陶瓷基片上沉积了金刚石薄膜。实验表明，对基片进行适当的预处理，包括用金刚石研磨膏仔细研磨和沉积前原位沉积一层无定形碳层，可显著提高成核密度；对硅衬底和氧化铝基片上金刚石膜的成核过程进行了对比分析，并提出了提高氧化铝基片上沉积金刚石的成核的措施。     

CVD金刚石薄膜的成核机理研究

利用热丝化学气相沉积 ,在预沉积无定形碳的硅镜面基底及表面研磨预处理的铜基底上 ,实现了金刚石薄膜的沉积 ,并由此讨论了金刚石的成核机理。研究表明 ,无定形碳是金刚石成核的前驱态 ;成核密度不仅与基底材料有关 ,更主要由基底的表面状态决定 ,基底表面状态的设计是改善成核密度的最有效的方法。     

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。     

氘化硼掺杂金刚石n型电导的研究

室温下缺少浅施主中心,已经成为金刚石材料制造电子器件的主要障碍之一。最近报道显示硼掺杂p型同质外延金刚石暴露在氘离子束中能形成浅施主态的n型电导,这是在外延金刚石材料中首次测出的浅施主能级。本文分析研究了目前p型金刚石出现导电类型转换这一新现象的最新研究进展。     

热管理用3英寸硅衬底金刚石薄膜的制备

金刚石膜材料用作GaN电子器件散热器具有巨大潜力,低应力、大尺寸、高质量、原子级光滑表面的金刚石膜层是GaN器件的整体传热能力提升的关键。本研究提出了一种用于3英寸(1英寸=2.54 cm)硅衬底多晶金刚石薄膜的生长和晶圆级抛光技术,用以实现大尺寸金刚石膜材料在散热器方向上的应用。首先对微波谐振腔内的等离子体进行多物理场自洽建模,通过仿真模拟技术分析2.45GHz多模椭球谐振腔微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)装置沉积大尺寸金刚石薄膜的可行性,并优化生长工艺参数。然后对金刚石薄膜进行研磨抛光处理,以满足GaN器件的键合需求。模拟结果表明,输入相同的微波功率,腔室压强增大导致等离子核心电子和原子H数密度增加,但径向分布均匀性变差。在优化的工艺条件下沉积了金刚薄膜。实验结果表明,金刚石薄膜厚度不均匀性为17%。较高的甲烷浓度导致金刚石晶粒呈现以(111)晶面为主的金字塔形貌特征,并伴有孪晶的生成。Raman光谱中金刚石一阶特征峰半峰全宽(Full width at half maximum,FWHM)...     

金刚石薄膜热导率的研究现状

分析了金刚石薄膜热导率的声子导热机理,从金刚石薄膜晶体结构的角度总结了影响热导率的因素,例如晶界、晶内杂质、缺陷、晶粒尺寸、晶粒取向、同位素;从金刚石薄膜合成工艺角度探讨了影响金刚石薄膜热导率的因素,例如基底材料及预处理、合成温度、气源及添加气体(氧气、氮气)、工作压强、功率等.     

高气压下温度对金刚石膜择优取向的影响

采用自主改进的圆柱谐振腔式MPCVD装置,以H2-CH4为气源、反应腔压强30kPa、微波功率6kW、CH4浓度2%,在不同的沉积温度下进行了多晶金刚石膜的制备研究。采用扫描电镜、X-射线衍射技术对所制备样品的表面形貌、物相及晶面取向进行了分析。结果表明,在高气压条件下,沉积温度由800℃升高至900℃时,金刚石膜的表面形貌由(111)晶面择优取向逐渐转向(100)晶面择优取向;沉积温度由900℃升高至1050℃时,金刚石的表面形貌由(100)晶面择优取向逐渐转向(111)晶面择优取向。     

生长温度对CVD金刚石薄膜的影响

系统研究了ＣＶＤ金刚石薄膜成膜过程中生长温度对薄膜质量、生长率和力学性能的影响。研究结果表明：在典型沉积条件下，生长温度愈高、薄膜的晶体质量愈好；但薄膜的应力状况和附着性能变坏；在８００℃时，金刚石薄膜的生长速率最大。讨论了ＣＶＤ金刚石薄膜作为机械工具涂层的最佳生长温度。     

用于X射线光刻掩模的纳米金刚石膜成核研究

介绍了金刚石膜在下一代X射线光刻掩模中应用的必要性;通过调节衬底温度,改变生长时间、控制甲烷浓度等工艺措施,实验研究了不同参数对成核密度及成核质量的影响,获得了高密度形核的样品;对形核后的预生长期进行了工艺优化,有效地控制了核岛的优势生长,总结出了一套优化的形核方案,即甲烷浓度4％,衬底温度700℃,形核时间14min;这套工艺不仅改善了自支撑金刚石薄膜窗口的光学性能,还有效地降低了膜的内应力。     

氧气流量对MPCVD法制备超纳米金刚石膜的影响

采用微波等离子化学气相沉积技术,以CH_4/H_2/Ar为气源,通过调节O_2流量,增强等离子体对非金刚石相的刻蚀能力,提高超纳米金刚石膜中金刚石相的含量。并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱及X射线光电子能谱(XPS)分别对超纳米金刚石膜的形貌、生长速率、晶型、晶粒尺寸及金刚石含量进行了表征分析,重点研究了O_2流量对晶粒尺寸及金刚石含量的影响。实验结果表明,随O_2流量的增加,平均晶粒尺寸从8.4nm增大至16.1nm,随后减小至9.6nm;当O_2流量为0.7sccm时,金刚石相含量由71.58%提升至85.46%,平均晶粒尺寸约为9.6nm。     

新型MPCVD装置在高功率密度下高速沉积金刚石膜

使用自行研制的新型MPCVD装置,以H2-CH4为气源,在输入功率为5kW,沉积压力分别为13.33、26.66kPa和不同的甲烷浓度下制备了金刚石膜。利用等离子体发射光谱法对等离子体中的H原子和含碳的活性基团浓度进行了分析。用扫描电镜、激光拉曼谱对金刚石膜的表面和断口形貌、金刚石膜的品质等进行了表征。实验结果表明,使用新型MPCVD装置能够在较高的功率密度下进行金刚石膜的沉积;提高功率密度能使等离子体中H原子和含碳活性基团的浓度明显增加,这将提高金刚石膜的沉积速度,并保证金刚石膜具有较高的质量。     

纳米金刚石薄膜的制备特点及特性

纳米金刚石薄膜具有金刚石薄膜和纳米材料的双重优异特性，而在制备工艺上又与金刚石薄膜有所不同，通过与金刚石作比较，综述了纳米金刚石薄膜的制备特点，表征方法；并列举了其在场发射、耐磨减摩等领域的应用和其独特性能。     

预处理工艺对硬质合金与金刚石膜间粘结力的影响

在两种经不同预处理的硬质合金YG8基底上，采用微波等离子体化学气相沉积法，在微波功率2kW，压强4.0kPa和6.5kPa，CH4和H2流量分别为1.6cm/s和100.0cm/s的条件下生长金刚石薄膜。利用X射线衍射检测了金刚石薄膜是否存在，用拉曼光谱分析了薄膜的质量，用金相显微镜观察了薄膜的洛氏硬度压痕，标定并比较了不同预处理工艺膜与基底的结合力。实验结果表明，不同的预处理方法对于粘结力的影响不大，最主要的因素是钴含量的多少。