基片预处理工艺对CVD金刚石成核行为的影响

本文采用微波等离子体辅助化学气相沉积工艺,对不同预处理的(100)单晶硅基片上金刚石的成核行为进行了初步研究,并利用定量金相及扫描电子显微镜分析了金刚石的成核速率及晶体特征。由此提出了用0.1μm超细金刚石粉对基片的研磨工艺。该工艺可有效提高金刚石成核率,从而有助于获得晶粒细小均匀,表面粗糙度低的金刚石薄膜。采用C60涂复并结合研磨工艺,使成核率获得了进一步提高。     

衬底表面处理对燃烧焰法沉积金刚石膜成核密度的影响

研究了衬底表面不同处理对燃烧焰法沉积金刚石成核密度的影响，发现用硬微粉（金刚石，碳化硅）对衬底的刻划，能明显地提高成核密度，在衬底表面涂覆机械泵油或先沉积薄类金刚石层也能显著提高成核密度。成核密度的提高有利于生长出连续金刚石膜。     

金刚石薄膜低压气相生长中衬底表面缺陷的成核理论

在低压气相生长金刚石薄膜过程中,通过在衬底表面引入缺陷,通常是一种行之有效的提高成核密度的方法。但是,至今尚无公论的关于这种缺陷成核机制的详细报导和理论解释。本文在实验观测的基础上,提出了金刚石膜在衬底表面凹陷结构缺陷内成核的理论,并且讨论了该理论对于试图通过控制衬底表面缺陷来控制金刚石膜成核密度等人工微结构设计研究的意义。     

C60与金刚石薄膜成核关系的研究

采用热丝化学气相沉积法在覆盖C60膜的硅基片上沉积金刚石膜,研究了金刚石膜的成核与生长.实验结果表明,金刚石的成核密度可达1×106Cm-2,利用这种方法可实现衬底无损淀积金刚石膜.C60之所以能够促进金刚石成核,我们认为主要与C60分子本身独特的结构及H原子的激活作用有关.同时,高温下C60分解后残留的石墨等碳碎片以及C原子与衬底Si反应生成的SiC都可作为金刚石的成核位.     

热丝化学气相沉积法在CH4／H2混合气体中低温生长超薄纳米金刚石膜

用热丝化学气相沉积方法研究了低温(~550℃)和低反应气压(~7 Torr)下硅片上金刚石膜的成核和生长.成核过程中采用2.5%的CH4浓度,在经充分超声波预处理的硅片上获得了高达1.5×1011cm-2的成核密度.随CH4浓度的增加所成膜中的金刚石晶粒尺寸由亚微米转变到纳米级.成功合成了表面粗糙度小于4nm、超薄(厚度小于500nm)和晶粒尺寸小于50nm的纳米金刚石膜.膜与衬底结合牢固.膜从可见光至红外的光吸收系数小于2×104cm-1.用我们常规的HFCVD技术,在低温度和低压下可以生长出表面光滑超薄的纳米金刚石膜.     

CVD金刚石膜在光滑衬底表面成核研究的进展

本文叙述了化学气相沉积金刚石薄膜过程中，金刚石在光滑非金刚石衬底表面的成核行为，讨论了目前用于提高金刚石成核密度的一些典型方法的优点和不足。     

金刚石簿膜生长技术

本文回顾了低压合成金刚石的历史,对各种金刚石薄膜的生长方法进行了简要的对比。低压条件下金刚石处于亚稳态而石墨处于稳定相,本文重点介绍了低压条件下抑制石墨形成促进金刚石生长的关键因素。对金刚石在不同衬底上的成核状况,衬底的表面状况对成核的影响,生长过程中原子氢的作用,以及衬底温度的影响等作了概括,提出了目前阶段金刚石薄膜研究中所要解决的问题。     

偏压预处理在CVD金刚石成核中的作用

本文基于已经得到的实验结果，分析了在负直流偏压、正直流偏压，以及叠加交流成份的负直流偏压等预处理过程中，偏压在不同ＣＶＤ生长的金刚石薄膜中对金刚石成核的影响。讨论了生长参数中反应压强和碳源浓度等变化对偏压增强成核效应的影响。     

纳米金刚石膜的成核及生长特性研究

采用直流等离子体喷射化学气相沉积(DC arc pla sma jet)系统制备了纳米金刚石膜(NCD),研究了不同的金刚石成核剂溶液对NCD 膜的成核及生长的影响。研究表明,在成核剂溶液中添加二甲基亚砜(DMSO)后成核密度明显 得到提高,而 且制备的NCD膜晶粒分布均匀、致密。当金刚石粉体作为成核剂时,随着其粒径 的增大,NCD膜成核密度下降,晶粒的尺寸均匀性也变差,而粒径为5nm的金刚石纳米粒 子作为成核剂时,NCD膜晶粒间结合致密、颗粒分布均匀。最后,选择5nm的金刚石纳米 粒子和丙酮/DMSO配制的分散液作为成核剂配方,经过60min的生长 ,制备了粒径为50～70 nm的结晶性和品质良好的NCD膜,适用于高频声表面波(SAW)器件及各种光学窗口的研制。     

缓冲层温度对Si(111)上GaN表面形貌影响

用不同温度的Al N缓冲层在Si(111)衬底上外延GaN薄膜。通过对薄膜表面扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)的分析,研究了缓冲层生长温度对外延层表面形貌的影响,分析解释了表面形貌中凹坑的形成及缓冲层生长温度对凹坑的影响。结果表明:缓冲层生长温度通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌。较低温度下的Al N缓冲层,在衬底表面形成的成核颗粒因温度太低,无法运动到相邻的颗粒而结合成大的成核颗粒,因此成核密度高,成核尺寸小;高温生长的Al N缓冲层,成核颗粒有足够的能量运动到相邻的成核颗粒,因此使成核颗粒的尺寸增大,成核密度低。这种初始成核密度和尺寸的不同,造成外延层形貌的差异,如表面形貌中凹坑的密度和大小就是受初始成核的直接影响。通过实验和分析,提出了外延生长的物理模型。     

Influence of Bias-Enhanced Nucleation on Thermal Conductance Through Chemical Vapor Deposited Diamond Films

This work describes an experimental study of the cross-plane thermal conductance of plasma-enhanced chemical vapor deposited (PECVD) diamond films grown as a result of bias-enhanced nucleation (BEN). The diamond films are grown on silicon wafers using a two-step process in which a nucleation layer of amorphous or diamond like (DLC) carbon is first deposited on the silicon under the influence of a voltage bias. Then, conditions are adjusted to allow for polycrystalline diamond (PD) growth. The nucleation layer is essential for seeding diamond growth on smooth substrates and for optimizing PD properties such as grain size, orientation, transparency, adhesion, and roughness. A photoacoustic (PA) technique is employed to measure the thermal conductivities of and the thermal interface resistances between the layers in the diamond film structure. The influence of nucleation layers that are 70, 240, 400, and 650 nm thick on the thermal conductance of the diamond film structure is characterized. The thermal conductivity of the nucleation layer exhibits a thickness dependence for relatively thin layers. For each sample, the thermal conductivity of the PD is higher than 500 Wldrm^-1K^-1 (measurement sensitivity limit). A resistive network for the diamond film structure is developed. The resistance at the silicon/nucleation interface is less than 10^-9m²ldrKldrW^-1 (measurement sensitivity limit), which is of the order of theoretical predictions. The minimum diamond film structure resistance occurs when the nucleation layer is thinnest. When the nucleation layer is sufficiently thick, it begins to exhibit bulk behavior, and the resistance at the nucleation/PD interface dominates the thermal resistance of the diamond film structure.     

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.     

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。     

金刚石基底上制备(002)AlN薄膜的研究

首先采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在O2/H2/CH4混合气体气氛下利用大功率微波在(100)Si片上生长出了异质外延金刚石膜,X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的表征分析结果表明,制备的金刚石膜具有很高的金刚石相纯度,且晶粒排列紧密;继而采用射频磁控反应溅射法,在抛光的金刚石基底上成功制备了高C轴择优取向的氮化铝(AlN)薄膜,研究了不同的溅射气压、靶基距对AlN薄膜制备的影响,XRD检测结果表明,溅射气压低,靶基距短,有利于AlN(002)面择优取向,相反则更有利于AlN薄膜的(103)面和(102)面择优取向;研究了AlN薄膜在以N终止的金刚石基底和纯净金刚石基底两种表面状态上的生长机制,结果发现,以N终止的金刚石基底非常有利于AlN(002)面择优取向生长;从Al-N化学键的形成以及溅射粒子平均自由程的角度,探讨了其对AlN薄膜择优取向的影响。     

衬底位置对大面积CVD金刚石薄膜质量的影响

采用石英钟罩式微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)设备制备了大面积金刚石薄膜,结合X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和激光喇曼(Raman)谱等实验手段,较系统地研究了衬底位置对金刚石薄膜质量的影响规律.结果表明,在等离子体球内部的空间范围内,距等离子体球中心垂直距离越远衬底上所沉积的金刚石薄膜质量越好;通过调整衬底位置,可明显改善其上不同区域所沉积的金刚石薄膜质量,最后在等离子体球边缘附近可沉积出晶粒均匀一致几乎不舍非晶碳的大面积高质量金刚石薄膜.此研究为进一步改善大面积金刚石薄膜均匀性和薄膜质量提供了一种实用的途径.