金刚石薄膜纯度、取向性与辐射剂量计性能的关系

金刚石膜的纯度和取向性对其做成剂量计后的性能有很大的影响.为了制备性能优良的金刚石膜辐射剂量,采用微波等离子体化学气相法在单晶硅[100]衬底上沉积了具有[100]和[111]晶面取向的金刚石膜,通过优化合成工艺制备出高纯、高度取向的织构膜(准单晶膜).分析金刚石膜的形貌、取向性和纯度以及器件的X光电响应特性.结果表明,金刚石膜的电阻率与纯度有直接关系,与膜取向性之间的关系不大.膜电阻率的提高是石墨相和C-H键等非金刚石相减少的结果,膜电阻率的大小直接影响到器件的信噪比高低.对X光响应的灵敏度,取向性影响较纯度大.高纯、高[100]取向膜做成的器件有高的X光响应灵敏度.     

活性成分对金刚石膜沉积速率和质量的影响

采用微波等离子体化学气相法合成的金刚石膜质量好,但采用常规CH4-H2气体体系,金刚石膜的沉积速率低.为此,实验研究了C2 H5OH-H2、CH4-H2-Ar和CH4-H2-N2等含有活性成分的体系下,微波功率、碳源浓度、气体压力对金刚石膜沉积速率、表面形貌、电阻率的影响.结果表明:使用含氧、氩、氮等活性成分的体系,金...     

钨表面激光处理对金刚石膜附着力的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),在CH₄/H₂体系下沉积金刚石膜,通过发射光谱仪测量等离子体参数,结合Raman光谱仪测量金刚石膜的内应力, 用SEM测试金刚石膜的表面以及断面形貌,通过热震试验来探究钨表面激光处理对金刚石膜附着力的影响。结果表明:钨片表面激光处理能释放金刚石膜的应力,增强钨片与金刚石膜的附着力;在确保钨与金刚石膜附着力得到极大提高与钨片表面损伤尽量小的前提下,钨片表面切割深度在0.035 mm时较合适。      

自支撑CVD金刚石膜光学性能与热学性能相关性研究

目的通过等离子体喷射制备不同质量CVD金刚石膜并研究其光学及热学性能,试图建立起两种性能的相互关联性。方法采用光学显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪和NETZSCH LFA467导热仪检测CVD金刚石膜的表面形貌、晶粒尺寸、结构特征和红外光学性能、热学性能。结果金刚石自支撑膜的光学性能及热学性能密切相关,本质上取决于氮和非金刚石相的含量。当金刚石膜内氮质量分数大于0.009%时,氮含量是决定光学性能及热学性能的关键因素,且两者随着氮含量的增加呈线性衰减趋势;当氮质量分数小于0.009%时,氮的影响相对较小,晶粒尺寸成为影响金刚石膜热导率的主要因素,此时晶粒尺寸对金刚石膜红外透过率影响较小。此外,金刚石中C—H吸收与非金刚石相含量正相关,其对金刚石光学及热学性能影响规律与N杂质基本一致。结论 CVD金刚石膜的热导率和红外透过率随着金刚石膜的氮杂质含量和C—H吸收系数的降低而逐渐提高,当达到一定程度,红外透过率相对热导率的增加表现出滞后性。     

圆柱形谐振式MPCVD装置的模拟及调控

目的 在实验室自制的5 kW圆柱形单模微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置上,系统研究各放电参数对等离子体的影响.方法 采用模拟计算与实验调控相结合的方式,分析微波等离子体、基团的运动和分布与放电参数之间的关系.利用发射光谱诊断等离子体环境,同时,利用SEM和Raman对所沉积的金刚石膜的形貌和质量进行表征,以验证MPCVD装置的调控原则.结果 气压和温度满足Tg=8/3 P关系时,吸收功率密度可达最大.单独提高微波功率和工作气压,能很大程度地增强等离子体的电子密度及改善等离子体球的均匀性,而两者相互之间匹配升高能极大地增加等离子体的电子密度,同时激发更多Hα、Hβ、CH及C2这类适合高质量金刚石膜沉积的活性基团.得到了MPCVD装置长时间稳定运行的等离子体稳定边界,并成功制备出高质量的金刚石膜.结论 功率气压及温度相匹配可以提高吸收功率密度、等离子体密度及均匀性.在圆柱形装置稳定运行的边界条件下,能沉积得到较高质量的金刚石膜.     

新型大面积圆筒状等离子体源制备金刚石膜

针对圆筒状基底材料的几何特征,设计了与之匹配的新型大面积圆筒状等离子体源。使用该等离子体源以乙醇蒸汽和氢气为气源在石英玻璃管外表面沉积金刚石膜。采用扫描电子显微镜、Raman光谱及X射线衍射表征了金刚石膜的质量;设计腐蚀实验检验了金刚石膜的抗腐蚀效果。结果表明:(1)在反应气压为5.5kPa、V乙醇/V氢气=8%、石英玻璃管温度为500℃的条件下,得到的均匀致密的纳米金刚石膜能有效增强石英玻璃管的抗腐蚀性能;(2)针对基底的尺寸和外形特征设计与之匹配的等离子体源是均匀制备金刚石膜最可行的途径。     

二氧化碳对金刚石膜生长的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法,以H₂/CH₄/CO₂为混合气源,在Si基底上沉积金刚石膜,分析了微波功率和CO₂对金刚石膜生长的影响。利用Raman光谱、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征金刚石膜,以得到样品质量、表面形貌、晶粒取向等信息。结果表明:适当提高微波功率,可以促进金刚石晶粒长大并提高（100）取向度;加入适量CO₂,能提高金刚石膜质量和生长速率,并保持表面形貌不会发生明显变化,但随着CO₂含量的增加,金刚石表面形貌发生较大变化,薄膜质量和沉积速率先提高后降低。      

高纯、高度[100]择优取向金刚石薄膜

采用独特的形核-刻蚀-生长-刻蚀-生长…循环沉积工艺,用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)法制备出了高纯、高度[100]择优取向的金刚石薄膜.SEM和XRD分析表明得到的膜材具有很高的[100]择优取向性;Raman光谱和SEM对照分析证实膜材的金刚石相组成纯净度高,是高纯、高度[100]择优取向的织构金刚石薄膜.暗电流I-V特性测试结果表明,这种薄膜的电阻率达到1014数量级以上,比常规工艺制备的膜高近两个数量级,是一种性能优良的电子薄膜材料.理论分析表明,薄膜电阻率大幅度提高的原因在于膜层中非金刚石相含量的显著减少.     

等离子体处理对石墨膜表面亲水性的影响

目的通过等离子体处理石墨膜,提高石墨膜表面的亲水性。方法采用不同的工艺条件对石墨膜进行等离子体处理,测试石墨膜的表面接触角。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察石墨膜处理前后表面形貌的变化,通过X射线光电子能谱分析石墨膜处理前后表面成分的变化。采用万能材料试验机测试镀铜样品的剥离强度,评价铜镀层与石墨膜的结合力。结果采用空气处理气氛时,在气体流量为0.4 L/min、功率为60 W的条件下,处理30 s,石墨膜的接触角从处理前的93.41°降至4.49°;表面均方根粗糙度由952.10pm提高到12.54 nm,最大高低差从10.81 nm升至72.70 nm。由X射线光电子能谱分析可知,石墨膜经等离子体处理后,碳元素的原子数分数由未处理的98.37%下降到83.13%,氧元素的原子数分数由未处理的1.63%升高到16.87%,氧碳含量比则由起初的1.66%升高到20.29%。结论石墨膜经等离子体处理后,表面被刻蚀并且引入含氧极性基团,等离子体处理显著提高了石墨膜表面的亲水性。     

大气压氧等离子体净化溶胶-凝胶TiO_2膜的研究（英文）

用溶胶-凝胶法制备了TiO_2薄膜,对经针状电极预电离产生的非平衡大气压氧等离子体射流净化该TiO_2膜进行了研究。用水接触角、表面形貌和X射线光电子能谱检测了氧等离子体与薄膜的相互作用。在氧等离子体和薄膜相互作用2 min后,经XPS观察到新的Sn3d与Nl s峰,但没有Ti3p信号,这说明经2min等离子体处理后,50nm厚的TiO_2薄膜已被除去。而涂有油和硬脂酸污染物的膜,经1min等离子体处理后,Ols和Ti3p信号没有改变。水接触角的减少和表面形貌的光滑可视为污染物的去除。从大气压氧等离子体中激发态氧能有效地除去污染物,证明这是清洗TiO_2膜上污染物的新途径。