热丝CVD法生长纳米金刚石薄膜的研究

系统地研究了热丝CVD法中反应气体压力对沉积产物金刚石薄膜的形貌和拉曼谱图的影响,提出了热丝CVD生长纳米金刚石薄膜的新工艺,并在50mm硅片上沉积得到高质量的多晶纳米金刚石薄膜。高分辨透射电镜分析表明,薄膜的晶粒尺寸约为10nm,〈111〉晶面间距为0.2086nm,与标准值0.2059nm很接近,晶粒周围由非晶结构包围。紫外激光拉曼光谱有尖锐的金刚石峰和明显的石墨峰。     

氢气流量对金刚石薄膜制备的影响

在不同氢气流量下,以丙酮为碳源,采用热丝法化学气相沉积在p型(111)单晶硅衬底上制备了金刚石薄膜。用金相显微镜、X射线衍射以及原子力显微镜对金刚石薄膜表面形貌以及质量进行了表征,结果表明:在氢气流量为150~200 mL/min时,金刚石薄膜择优(111)晶面生长,且金刚石颗粒逐渐变大,分布逐渐不均匀,在氢气流量为200 mL/min时,甚至出现二次形核。在氢气流量为200~250 mL/min时,金刚石薄膜择优(100)晶面生长,金刚石颗粒逐渐变小,分布逐渐均匀。     

压阻式金刚石压力微传感器的制作与测试

由于金刚石薄膜具有优良的高温压阻特性，适合于制作高温压力传感器。在Φ50mm(100)硅单晶衬底上用热丝CVD法生长本征多晶金刚石薄膜作为绝缘隔离层，通过掩模选择性生长法得到掺硼金刚石薄膜电阻条，再经金属化处理和腐蚀硅压力腔，得到了压阻式金刚石压力微传感器的原型器件。对该器件的压力输出特性测量表明，输出电压一压力曲线线性较好，重复性好．常温下灵敏度高。     

不同靶间距下非晶态碲镉汞薄膜生长及厚度均匀性研究

采用射频磁控溅射法在不同靶间距下生长非晶态碲镉汞薄膜并研究其生长速率、择优取向及厚度均匀性.实验结果表明随着靶间距减小及溅射功率增加生长速率增大;不同靶间距下Hg1-xCdxTe薄膜结晶特性差距较大,择优取向为(111)方向;增大靶间距能够有效地提高薄膜厚度均匀性,75mm靶间距时,50 mm×60 mm及10 mm×...     

HFCVD法生长金刚石薄膜中的热丝技术

本工作研究了在热丝(HF)CVD法生长金刚石薄膜中的热丝技术,给出了一种通常作为热丝的钨丝的实用性预处理方法,并且研究了热丝温度分布对生长膜厚度的影响,发现膜厚分布与基片表面温度分布是一致的。     

热丝化学气相沉积制备多晶硅薄膜的研究

采用热丝化学气相沉积技术制备了多晶硅薄膜。利用Raman、XRD、SEM等检测手段,系统研究了沉积气压、衬底温度、衬底与热丝间距离、衬底种类等实验参数对多晶硅薄膜晶态比、晶面择优取向、晶粒尺寸的影响。得出优化条件:沉积气压42 Pa,衬底温度250℃,衬底与热丝间距离48 mm,在玻璃衬底上制备出晶态比Xc>90%,择优取向为(111),横向晶粒尺寸为200~500 nm,纵向晶粒尺寸为30 nm左右的优质多晶硅薄膜。     

应用于FED的金刚石薄膜的光学和结构分析

本文比较研究了不同晶粒大小和结构的金刚石薄膜的场发射性质,这些金刚石薄膜通过热丝辅助化学气相沉积法(HFCVD)获得.研究结果表明纳米尺寸效应对金刚石薄膜的场发射性能有非常重要的影响,通过比较不同晶粒尺寸的金刚石薄膜发现纳米金刚石薄膜相对于大晶粒金刚石薄膜(比如微米级的金刚石薄膜)有更好的场发射性能.从拉曼光谱得到,含有一定量非金刚石相的金刚石薄膜有更好的场发射能力和更低的开启电场(E0).另外,具有(111)定向的金刚石薄膜比起其他结构的金刚石薄膜,它的电子发射能力更强.     

镀铜玻璃衬底上柱状多晶硅薄膜的制备

采用热丝化学气相沉积方法在镀铜玻璃衬底上制备了柱状多晶硅薄膜.使用XRD、Raman光谱、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等测试手段研究了灯丝与衬底间距(5～10 mm)、灯丝温度(1 800～1 500℃)以及对应的衬底温度(在320～200℃变化)对多晶硅薄膜的微观形貌、结晶性及晶体学生长方向的影响规律.研究结果表明:在镀铜玻璃衬底上金属诱导生长的多晶硅薄膜具有较高的晶化率,较低的晶化温度,同时铜过渡层影响多晶硅薄膜的晶体学生长方向.     

金刚石薄膜的人工合成及其结合力的评估

在硬质合金ＷＣ—Ｃｏ基体上，用热丝ＣＶＤ法，人工合成出金刚石薄膜。利用Ｘ衍射、激光拉曼光谱和扫描电镜对金刚石薄膜的结构进行了测定，结果是令人满意的。精确测量金刚石薄膜与基体间的结合力是很困难的。本文报导了金刚石薄膜涂层刀具的实际切削结果，并以此来评估该涂层与基体间的结合力。     

纳米金刚石薄膜的光学性能研究

用热丝化学气相(HFCVD)法在硅衬底上制备了表面光滑、晶粒致密均匀的纳米金刚石薄膜,用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观测薄膜的表面形貌和粗糙度,拉曼光谱表征膜层结构,紫外-可见光分光光度计测量其光透过率,并用椭圆偏振仪测试、建模、拟合获得了表征薄膜光学性质的n,k值.结果表明薄膜的晶粒尺寸在100nm以下,表面粗糙度仅为21nm;厚度为3.26(m薄膜在632.8nm波长处的透过率为25%,1100nm波长处达到50%.采用直接光跃迁机制估算得到纳米金刚石薄膜的光学能隙(Eg)为4.3 eV.     

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.     

RF—HFCVD生长高质量纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积 (RF HFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了高质量的纳米金刚石薄膜 .研究了衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性和光学性质的影响 ,其最佳值分别为70 0℃、2× 133Pa和 2 0 0W .在该条件下金刚石成核密度达 10 11cm-2 ,经 1h生长即获得连续薄膜 ,其平均晶粒尺寸为 2 5nm ,表面粗糙度仅为 5 5 ,在近红外区域 (80 0nm处 )的光透过率达 90 % .     

硫掺杂纳米金刚石薄膜的图形化生长

利用电子增强热丝化学气相沉积(EACVD)技术,以CH4/H2/H2S/Ar为工作气体,SiO2/Si为衬底,制备了硫掺杂金刚石薄膜。研究了利用光刻技术实现薄膜的图形化生长。结果表明:以SiO2作掩模的光刻技术能够使得硫掺杂金刚石薄膜在光滑SiO2/Si基片上很好地图形化生长。Hall效应检测表明硫掺杂金刚石薄膜为n型,给出了n型金刚石/p-Si异质结的反向I-V特性曲线。     

低温异质生长SiC薄膜预处理工艺研究

讨论了在热丝化学汽相沉积(HFCVD)法沿Si(111)晶面异质生长SiC薄膜的过程中,预处理工艺对SiC成膜的影响。采用硅烷、甲烷作为反应气源,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)等分析手段,进行预处理工艺的研究。获得了在低温下700~800℃制备高质量SiC薄膜的预处理工艺参数:热丝碳化温度2 000℃;HF酸蚀30 s;H2刻蚀10 min。     

WS_x薄膜的脉冲激光沉积可控制备

采用脉冲激光沉积法(PLD)在单晶硅基底上制备了WSx固体润滑薄膜。利用X射线能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜的成分、形貌和微观结构进行了分析,采用球盘式磨损试验机在大气(相对湿度为50%～55%)环境下评价薄膜的摩擦学特性。结果表明:薄膜中S和W的原子数分数比(简称S/W比)在1.05～3.75之间可控,摩擦系数为0.1～0.2;S/W比高于2.0时薄膜成膜质量和摩擦系数显著恶化。正交试验法得出影响薄膜S/W比的因素主次顺序分别是气压、温度、靶基距和激光通量;最优工艺参数是温度150℃、靶基距45mm、激光通量5J/cm2、气压1Pa,可获得结构致密、成分接近化学计量比的WSx薄膜。     

脉冲激光沉积法沉积类金刚石薄膜的实验研究

为了研究脉冲激光沉积法中衬底温度和距离对类金刚石薄膜的影响,首先温度保持在200℃,靶和衬底间的距离分别取25.0mm和30.0mm来沉积类金刚石膜。其次温度保持在400℃,距离分别取25.0mm和30.0mm来沉积类金刚石膜。用Raman光谱仪对薄膜的微观结构进行检测,用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行检测。实验结果表明：距离增加或者温度升高都会导致类金刚石薄膜的密度和sp3/ sp2的比值减小,薄膜中石墨晶粒的数量增多和体积增大。近距离时温度的变化和低温时距离的变化对薄膜微观结构产生的影响更明显。距离和温度的变化对类金刚石薄膜的表面形貌也产生显著的影响。     

碳化硅薄膜及压阻效应研究

研究了SiC薄膜的制备及其压阻特性。利用热丝化学气相沉积(HFCVD)法在硅(111)晶面制备SiC薄膜,对制备的薄膜进行X射线衍射分析和其它测试。结果表明:SiC薄膜晶向取向一致,薄膜生长速率为3 m / h,厚度约为5 m。同时,利用高阻仪研究该薄膜的压阻特性,测得应变量()在(2~6)×104范围内,电阻的相对变化量(ΔR·R1)和压阻灵敏度因子(k)随应变量()的变化曲线。结果表明该薄膜有明显的压阻效应。     

Filament-activated chemical vapour deposition of nitride thin films

We have applied the novel method of hot filament-activated chemical vapour deposition (HFCVD) for low-temperature deposition of a variety of nitride thin films. In this paper the results from our recent work on aluminium, silicon and titanium nitride have been reviewed. In the HFCVD method a hot tungsten filament (1500–1850°C) was utilised to decompose ammonia in order to deposit nitride films at low substrate temperatures and high rates. The substrate temperatures ranged from 245 to 600°C. The film properties were characterised by a number of analytical and optical methods. The effect of various deposition conditions on film properties was studied. All the films obtained were of high chemical purity and had very low or no detectable tungsten contamination from the filament metal.