氧等离子体对金刚石膜的刻蚀研究

用微波放电法产生氧等离子体，通过改变系统中氧的浓度和金刚石膜的温度研究了氧等离子体对CVD多晶金刚石膜刻蚀的影响。实验结果表明：随着氧浓度的增加和金刚石膜温度的提高，刻蚀作用加剧；而在较低的氧浓度和金刚石膜温度条件下金刚石膜的晶界处首先被刻蚀，说明金刚石膜的境界处含有较多的非金刚石碳相。并且从等离子体对(100)和(111)面的刻蚀现象可知(100)面的生长是二维生长，(111)面的生长是岛状生长。     

直流热阴极PCVD法间歇生长模式制备金刚石膜

采用直流热阴极PCVD(Plasma chemical vapor deposition)法间歇生长模式制备金刚石膜,通过加入周期性的刻蚀阶段清除金刚石膜在一定生长期中形成的石墨和非晶碳等杂质,实现了金刚石膜生长的质量调控。间歇式生长过程分为沉积阶段和刻蚀阶段,两个阶段交替进行。采用Raman光谱、SEM和XRD对所制金刚石膜的品质进行了表征,并与同样生长条件下连续生长模式制备的金刚石膜样品进行了比较。结果表明,当单个生长周期为30 min(沉积时间为20 min、刻蚀时间为10 min)时,直流热阴极PCVD法间歇生长模式制备的金刚石膜中的非金刚石相杂质含量低于连续间歇生长模式制备的金刚石膜。     

直流热阴极PCVD法间歇生长模式制备透明金刚石膜

采用直流热阴极等离子体化学气相沉积(直流热阴极PCVD)方法,通过金刚石膜的间歇生长过程,引入氮原子的作用,实现对非金刚石成份的刻蚀和金刚石膜的择优取向生长,在CH4:N2:H2气氛下制备透明金刚石膜。金刚石膜的间歇式生长分为沉积阶段和刻蚀两个阶段,沉积阶段为20 min,刻蚀阶段为1 min,沉积和刻蚀通过温度的调节来实现,总的生长时间10 h;实验中主要改变的参数是N2气比例,将N2气流量与总气体流量的比例分为高、中、低三档分别进行实验。结果在CH4:N2:H2比例为2:20:180时获得了透明金刚石膜。金刚石膜样品用Raman光谱仪、SEM和XRD进行了表征,研究表明,直流热阴极PCVD间歇生长模式下,通过引入氮原子的作用,可以制备出(111)面取向的透明金刚石膜。     

C-H-O和C-H-N体系生长金刚石膜的气相化学模拟

数值模拟了C-H-O和C-H-N体系的气相化学,构建了含氧和含氮气源化学气相沉积金刚石膜的三元相图,探讨了加氧和加氮影响金刚石膜生长的途径.结果表明,甲基是金刚石生长主要的前驱基团,乙炔导致非金刚石碳沉积,原子氢刻蚀非金刚石碳.通过气相反应改变这些基团的浓度是加氧的一个重要作用途径,而加氮在改变这些基团浓度的同时,CN等含氮基团还强烈地参与了金刚石膜成核和生长的表面过程.     

熔融铈快速抛光CVD金刚石厚膜及表面分析

利用熔融稀土铈(Ce)对CVD金刚石厚膜进行了抛光研究.详细讨论了工艺参数对抛光速率和表面粗糙度Ra的影响,获得了最佳抛光工艺.通过对抛光后金刚石膜表面的拉曼光谱(Raman)、俄歇能谱(AES)、扫描电镜(SEM)以及能谱(EDS)的分析,探讨了抛光机理.结果表明:该方法有很高的抛光速率,可达每小时数百微米.抛光后金刚石膜的Ra从10.845μm降低至0.6553μm.抛光的热处理工艺不但没有破坏金刚石表面的原始结构,而且由于铈对石墨的优先刻蚀,抛光后金刚石膜表面的石墨含量还大大减少.     

间歇生长模式高甲烷浓度制备纳米金刚石膜

采用直流热阴极PCVD技术,经过生长温度的周期性调整,达到清除多余游离碳和刻蚀非金刚石相的目的,实现了在高甲烷浓度条件下制备纳米金刚石膜.金刚石膜的生长过程分为沉积阶段和刻蚀去除阶段,沉积时间为15min,刻蚀时间为5min,生长周期为20min,总的沉积时间为6h.采用拉曼光谱仪、SEM和XRD分析仪对样品进行了分析,结果显示样品具有纳米金刚石膜的基本特征.研究表明,在高甲烷浓度条件下,直流热阴极PCVD间歇生长模式可有效去除生长腔内的游离碳成分,实现正常放电激励,维持正常生长,制备出纳米金刚石膜.     

氮气流量对金刚石膜生长的影响研究

采用电子辅助化学气相沉积法(EA-CVD)制备掺氮金刚石薄膜,研究了不同氮气流量对金刚石膜的生长速率、表面形貌和膜品质的影响.实验发现,在较低的氮气流量下,金刚石膜的生长速率增加,在较高的氮气流量下生长速率减小.利用SEM、Raman光谱、XPS等测试手段对样品的表面形貌及品质进行了表征.结果表明,当氮气流量为4sccm时金刚石膜的结晶比较完整;当氮气流量为8sccm时生成与(100)面共存的"菜花状".氮气流量的进一步增加,"菜花"表面(100)晶面显露的数量明显降低,非金刚石碳含量和氮杂质含量增加,金刚石膜的品质明显下降.     

稀土化合物浆料对CVD金刚石厚膜的刻蚀

ＣＶＤ金刚石厚膜具有极高的硬度,使得对其进行表面抛光极为困难．传统的机械抛光方法既不经济又耗费时间,而一些新的抛光技术又由于实验条件限制而难以推广．针对以上情况,我们寻求到一种新的化学刻蚀方法,即利用稀土化合物浆料对金刚石厚膜生长表面进行刻蚀,破坏表面的晶粒使之成为晶骸,降低表面的耐磨性,以提高表面粗糙的金刚石厚膜的抛光效率．     

ECR等离子体刻蚀增强机械抛光CVD金刚石

采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与机械抛光相结合的方法抛光化学气相沉积(CVD)金刚石,运用扫描电镜、Raman光谱观察、分析了刻蚀与抛光后金刚石的表面形貌和质量变化,并与单纯的机械抛光相比较,研究了等离子体刻蚀对后续机械抛光的影响,结果发现:金刚石经ECR等离子体刻蚀后非晶碳含量有一定程度降低,刻蚀过程在金刚石晶面形成的疏松表面有利于机械抛光,金刚石表面平均粗糙度更加快速降低。对比实验表明等离子体刻蚀对机械抛光前期的抛光效率的增强效果更为明显,在ECR等离子体刻蚀后的金刚石样品经10min机械抛光后粗糙度从7.284下降到1.054μm,而直接机械抛光30min时金刚石的表面粗糙度为1.133μm,在机械抛光的初始阶段,等离子体刻蚀后的机械抛光效率是单纯机械抛光效率的3倍。最终,经过三次重复刻蚀后机械抛光,金刚石表面粗糙度降为0.045μm。     

氢等离子体处理对类金刚石膜场发射性能的影响

采用大功率、高重复频率、准分子激光溅射热解石墨靶制备了类金刚石膜,研究了直流辉光氢等离子体处理对类金刚石膜的场发射性能的影响。结果表明:氢等离子体处理后,类金刚石膜的场发射性能明显提高,其发射阈值电场由26V/μm下降到19V/μm。氢等离子体刻蚀除去了类金刚石膜生长表面的富含石墨的薄层,露出的新表面具有较低的功函数;膜表面的悬键被氢原子饱和,进一步降低了电子亲和势,改善了膜的场发射性能。