表面覆盖氮化硼膜的金刚石膜的场发射特性

利用热丝化学气相沉积（HFCVD）方法在Si衬底上生长了4μm厚的金刚石膜,然后利用射频磁控溅射方法在金刚石膜上沉积了100nm厚的六角氮化硼（h—BN）薄膜．在超高真空系统中测试了覆盖氮化硼（BN）薄膜前后金刚石膜的场发射特性,结果表明覆盖BN薄膜后的金刚石膜的场发射特性明显提高,开启电场由14V／μm升到8V／μm．F—N曲线表明,覆盖BN薄膜后的金刚石膜在强电场区域的场增强因子有所降低,这可能归因于场发射点随着电场的增强而改变．     

新型金刚石薄膜场电子发射的特性

介绍了用微波ＣＶＤ法制备的一种新型低阈值电压大电流密度金刚石薄膜场发射冷阴极,阈值电压低于１．０９ Ｖ／μｍ,场发射电流密度高达４１８ ｍＡ／ｃｍ２,这是目前文献中报道的最好结果之一．文中还探讨了金刚石薄膜场电子发射机制．     

金刚石薄膜合成技术

作者对金刚石薄膜气相合成的历史,金刚石薄膜的沉积方法以及金刚石薄膜沉积技术的发展方向和应用前景进行了论述。     

铜植入层对硬质合金上金刚石薄膜附着力的影响

金刚石薄膜在含Co的硬质合金刀具上的沉积有较大的困难.在化学气相沉积条件下碳在钴中溶解和扩散限制了金刚石的形核并易生成石墨,导致了金刚石薄膜的附着力较差.为增强金刚石薄膜在硬质合金刀具上的附着力,本研究采用了铜植入层作为扩散阻挡层.实验研究表明铜植入层提高了脱钴后的刀具表面的硬度及金刚石薄膜的质量;压痕试验表明:在载荷为1 500 N时金刚石薄膜的开裂直径为1.12 mm,金刚石薄膜在刀具上的有很好的附着力.     

铜植入层对硬质合金上金刚石薄膜附着力的影响

金刚石薄膜在含Co的硬质合金刀具上的沉积有较大的困难,在化学气相沉积条件下碳在钴中溶解和扩散限制了金刚石的形核并易生成石墨,导致了金刚石薄膜的附着力较差,为增强金刚石薄膜在硬质合金刀具上的附着力,本研究采用了铜植入层作为扩散阻挡层,实验研究表明铜植入层提高了脱钴后的刀具表面的硬度及金刚石薄膜的质量;压痕试验表明：在载荷为1500N时金刚石薄膜的开裂直径为1．12mm,金刚石薄膜在刀具上的有很好的附着力。     

金刚石薄膜形貌的控制

用热丝CVD法,以甲烷和氢气为气源,制备出了优质的金刚石薄膜。研究了沉积工艺参数对金刚石薄膜形貌的影响。结果表明：降低碳源浓度或升高衬底温度,沉积的金刚石薄膜呈现以三角形为主的形貌;反之,沉积的金刚石薄膜则呈现以四方形为主的形貌。     

大面积金刚石薄膜的均匀性

金刚石膜具有优异的电学、热学性质,均匀的大面积金刚石膜是其在电子领域工业化应用的前提。利用自行设计微波等离子体化学气相沉积装置在直径51 mm和76 mm硅片上制备金刚石薄膜。用扫描电子显微镜观察所得金刚石膜的表面形貌,用ZC36高阻仪测量金刚石薄膜的电阻率。通过电阻率和形貌的均匀性判断金刚石薄膜的均匀性。结果表明,基片位置的变化引起沉积温度和含碳基团的种类、浓度与原子氢浓度的改变,从而影响了金刚石薄膜的形核和生长过程,最终影响金刚石膜的均匀性。直径51 mm金刚石薄膜表面形貌比直径76 mm的薄膜更均匀,但两种尺寸金刚石膜中间和四周的电阻率数值都接近,达到108 Ω·cm,电阻率均匀性好。     

碳纳米管薄膜的场发射特性研究

碳纳米管薄膜是一种能应用于场发射平面显示器等器件中的新型冷阴极材料。该文用Ni作为催化剂,采用催化热解法在硅片上制备了多壁碳纳米管薄膜场发射阴极,反应气体为乙炔、氢气和氮气。用SEM和TEM分析了其结构,证明了碳纳米管的直径在50~70 nm间。进而采用二极管结构,在优于10-4Pa的真空度下,测试了它的场发射特性,理论分析表明碳纳米管薄膜的场发射实际上来源于突出于薄膜表面的部分碳纳米管顶端。该阴极的开启电场为8 V/mm;在11 V/mm时测试到了最大的发射电流密度2 mA/cm2,满足场发射平面显示器的要求。     

金刚石薄膜合成技术

作者对金刚石膜气相合成的历史,金刚石薄膜的沉积方法以及金刚石薄膜沉积技术的发展方向和应用前景进行了论述。     

不同碳源对金刚石薄膜制备的影响

采用等离子辅助热丝化学气相沉积(PAHFCVD)装置,分别用甲烷和乙醇为碳源进行了金刚石薄膜的制备。并运用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试手段对沉积的金刚石薄膜进行了观察分析。结果表明,用乙醇制备的金刚石薄膜比甲烷制得的金刚石薄膜的生长率要高,膜的缺陷少、颗粒均匀。     

掺氮氟非晶碳膜场发射电流重复性及F-N曲线研究

采用射频等离子体化学增强型气相沉积(rF-PECVD)法沉积了掺氮氟化非晶碳膜.研究了不同射频功率下薄膜样品表面形貌及I-U特性,比较了试样I-U曲线的对称性及零点漂移;分析了直接沉积及硅陈列沉积下膜场发射电流的重复稳定性的差异;研究了不同掺氮流量比下沉积薄膜的Fower-Nord-heim曲线.研究结果表明,氮氟化非晶碳膜是良好的冷阴极发射材料.射频功率的提升,有利于薄膜质量和性能改善;硅陈列沉积FN-DLC膜场测试的场发射电流的重复性能较直接沉积的更加稳定优良;F-N曲线基本为直线,掺氮氟化非晶碳膜的场发射为冷阴极发射,逸出功随着含氮量的升高而增大.     

Effect of interface layers on electron field emission properties of amorphous diamond films

Hydrogen-free high sp~3 content amorphous diamond (AD) films are deposited on three different substrates——Au-coated Si (Au/Si), Ti-coated Si (Ti/Si) and Si wafers. Electron field emission properties and fluorescent displays of the above AD films are studied by using a sample diode structure. The compositional profile of the interfaces of AD/Ti/Si and AD/Si is examined by using secondary ions mass spectroscopy (SIMS). Because of the reaction and interdiffusion between Ti and C, the formation of a thin TiC intermediate layer is possible between AD film and Ti/Si substrate. The field emission properties of AD/Ti/Si are sufficiently improved, especially its uniformity. A field emission density of 0.352 mA/cm~2 is obtained under an electric field of 19.7 V/μm. The value is much more than that of AD/Au/Si and AD/Si under the same electric field.     

金刚石薄膜的强流脉冲发射特性

采用微波等离子体化学气相沉积（MWPCVD）技术以不同气源在优化的工艺条件下制备不同类型的金刚石薄膜作为强流脉冲电子发射阴极材料,用SEM、AFM、FTIR和Raman光谱分析不同金刚石薄膜的组成结构,用2MeV直线感应型强流电子注入器平台检测强流脉冲发射特性。结果表明,不同类型的金刚石薄膜均具有较强的脉冲电子发射能力,发射电流密度均可达70A／cm^2以上;各膜材的发射电流密度和稳定性相差很大,相对而言,以如＋CO2＋CH4＋B2H6制备的掺B微米金刚石薄膜能获得的初始电流最大,达到115A／cm^2,其多次脉冲发射稳定性也较好,波动范围在33％以内,且能保证发射电流密度均在84A／cm。以上,是有希望的强流多脉冲电子发射阴极候选材料。     

多排热丝沉积大面积金刚石薄膜中热丝参数的影响

根据热丝化学气相沉积法制备大面积金刚石薄膜工艺中热丝与衬底之间的几何关系,建立了该系统的热传递模型,利用计算机辅助数值解方法,给出了衬底温度与衬底表面的热辐射能量密度随热丝数量、热丝与衬底间距变化的关系．并利用该方法设计了沉积面积为100mm×100mm的金刚石薄膜的最佳热丝几何参数．     

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.     

h-BN掺杂对金刚石晶体结构的影响

报道了在Fe70Ni30合金触媒和石墨系体中,掺杂六角立方氮化硼(h-BN)和硼(B)生长金刚石单晶的过程。研究发现,h-BN和B掺杂对于金刚石生长条件及形貌等具有较大的影响,其中h-BN掺杂生长金刚石的最低生长压力达到了6.2 GPa,同时晶体呈绿色条状。说明h-BN和B在金刚石晶体生长以及取代碳原子进入晶格时起到了不同的作用。通过X射线衍射及光电子能谱等表征手段,分析了硼氮对金刚石晶体结构的影响,以及硼氮在金刚石中的化学环境及成键方式。在此基础上阐述了硼氮掺杂的形成机制。     

Synthesis of boron-doped diamond/porous Ti composite materials — Effect of carbon concentration

Highly boron-doped diamond films were deposited on porous titanium substrates by hot filament chemical vapor deposition technique.The morphology variation of highly boron-doped diamond films grown on porous titanium substrates was investigated,and the effects of carbon concentration on nucleation density and diamond growth were also studied.The continuous change of surface morphology and structure of diamond film were characterized by scanning electron microscopy.The structures of diamond film and interlayer were analyzed by X-ray diffraction.The quality of boron-doped diamond film was confirmed by visible Raman spectroscopy.The experimental results reveal that surface morphology and quality of boron-doped diamond films are various due to the change of carbon concentration.The thickness of intermediate layer decreases with the carbon concentration increasing.     

Experimental studies of N~+ implantation into CVD diamond thin films

The effects of N+ implantation under various conditions on CVD diamond films were analyzed with Raman spectroscopy, four-point probe method, X-ray diffraction (XRD), Rutherford backseattering spectroscopy (RBS), ultraviolet photoluminescence spectroscopy (UV-PL), Fourier transformation infrared absorption spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results show that the N+ implantation doping without any graphitization has been successfully realized when 100 keV N+ ions at a dosage of 2 × 1016 cm-2 were implanted into diamond films at 550℃ . UV-PL spectra indicate that the implanted N+ ions formed an electrically inactive deep-level impurity in diamond films. So the sheet resistance of the sample after N+ implantation changed little. Carbon nitride containing C≡N covalent bond has been successfully synthesized by 100 keV, 1.2×1018 N/cm2 N+ implantation into diamond films. Most of the implanted N+ ions formed C≡N covalent bonds with C atoms. The others were free state nitroge