(111)晶面同质外延生长单晶金刚石的研究

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在天然金刚石衬底的(111)晶面上同质外延生长单晶金刚石,研究了沉积温度、CH_4浓度以及小角度偏离(111)晶面的衬底对金刚石生长的影响。采用SEM和Raman对外延生长的金刚石进行表征,结果表明:高沉积温度、高CH_4浓度条件下,金刚石呈现出无序的多晶生长现象,随着沉积温度的降低,形貌和质量明显提高,在低沉积温度条件下金刚石表现出一致的单晶生长,但是表面形貌较为粗糙。进一步降低CH_4浓度可外延生长质量高、表面平整的单晶金刚石,速率达4.7μm/h.使用倾斜抛光方法将部分衬底面偏离(111)晶面约6°,对比实验发现,微小偏离(111)晶面的斜面衬底在高沉积温度、高CH_4浓度条件下也能生长出质量较好的单晶金刚石,生长速率明显提高,达到了9μm/h。     

氧碳比对MPCVD法同质外延单晶金刚石的影响

以Ib型(100)取向高温高压(HPHT)单晶金刚石为基底、H2-CH4-CO2混合气为反应气源,利用10kW、2.45GHz不锈钢谐振腔式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置进行金刚石同质外延生长。通过光学显微镜表征外延生长金刚石的表面形貌;Raman光谱表征金刚石的结晶质量;螺旋测微仪测厚再计算生长速率,着重探讨工艺因素中氧碳比对同质外延金刚石生长速率、表面形貌、金刚石结晶质量的影响。结果表明随着氧碳比的增加,金刚石生长模式由二维形核模式转变为台阶流模式,结晶质量提高,生长速率变慢;在微波功率7.8kW、CH4浓度(与H2的比例)8%、气压18kPa、基底温度1080℃条件下,氧碳比为0.8时,金刚石结晶质量好且生长速率高(达16μm/h)。反应气源中引入合适比例的CO2是获得高的生长速率同时有效改善同质外延单晶金刚石结晶质量的有效方法。     

铜铟硒薄膜的外延生长和表面重构及其电池性能研究

在GaAs的(110)、(001)和(111)A、(111)B等极性晶面上, 通过铜铟共溅-硒蒸镀的方法, 分布外延生长出(220/204)、(001)和(112)结晶取向的单晶CIS薄膜. 系统考察了CIS薄膜外延生长的结晶取向和表面微结构, 发现了这些CIS外延薄膜均需表面重构化而形成比表面能低的CIS(112)晶面, 结合晶体结构研究了各种晶面和比表面能的相关性. 通过各种衬底下不同结晶取向的CIS薄膜的太阳能电池组装, 发现当CIS薄膜生长具有(220/204)结晶取向时电池器件性能最好、效率最高, 说明可通过控制CIS薄膜的沉积条件和选用合适取向的衬底, 增加吸收层(220/204)的结晶取向, 从而显著提高CIS薄膜太阳电池的光电性能.     

油酸钠控制硫酸钙晶须晶面生长的机理研究

结合油酸钠溶液化学计算、硫酸钙晶须晶面衍射和分子动力学模拟, 研究了硫酸钙晶须不同晶面的结构、油酸钠在不同晶面的吸附和硫酸钙晶须的晶面生长。结果表明: 硫酸钙晶须晶面中, 钙原子与氧原子、氢原子规律分布在(200)晶面和(400)晶面表面; 与其它晶面相比, 油酸钠与(200)晶面和(400)晶面的作用能较小, 吸附构型稳定; (200)晶面和(400)晶面上油酸根与钙离子之间的距离分别为0.239 nm和0.237 nm, 小于作用后的油酸根与钠离子之间的距离, 得出钙原子是油酸根在晶须晶面作用的活性位点。油酸钠的选择性吸附阻止了(200)晶面和(400)晶面的生长, 晶面生长速率的差异使得晶须沿c轴择优生长。     

大气下火焰法合成金刚石薄膜

本文介绍了用氧-乙炔火焰法在大气下合成金刚石薄膜的实验结果,初步研究了基板温度对金刚石晶体生长速度、结晶习性的影响,指出了在金刚石(111)及(100)晶面上外延单晶金刚石膜的温度范围,还探讨了氧对薄膜的质量均匀性的影响。     

MPCVD法中氮气对单晶金刚石生长机理影响的探究北大核心CSCD

在微波等离子体化学气相沉积法同质外延生长单晶金刚石的过程中添加不同浓度的氮气,利用发射光谱、拉曼光谱等测试手段探究不同浓度氮气对等离子体以及单晶金刚石生长质量和速率的影响,通过分析等离子体内部基团强度的变化探究添加氮气对单晶金刚石生长机理的影响。探究发现:氮气的添加对于等离子体内基团的种类并没有明显改变,但随着氮气浓度的升高,CN基团的基团强度具有明显升高的趋势,C2基团的基团强度不断降低,单晶金刚石的生长速率不断提高。氮气并不是通过提高甲烷的离解度来产生更多的C2基团从而促进单晶金刚石的生长,而是作为一种催化剂加快单了晶金刚石表面的化学反应。当氮气浓度低于0.5%时,单晶金刚石的生长速率提高幅度较大且生长质量良好。但当氮气浓度超过0.8%时,单晶金刚石的生长速率逐渐趋近于饱和,且非金刚石相不断增多,生长质量不断降低,因而通入氮气的最佳浓度应该低于0.5%。     

气相合成金刚石膜的取向性

前言通过气相法在基板上生长的金刚石膜,如果基板为金刚石单晶,并且是在一定条件下外延生长起来的,可以观察到(111)、(110)、(100)三个低指数面。另一方面在基板为硅、钼、钽、蓝宝石等单晶或多晶金刚石的情况     

MPCVD法中氮气对单晶金刚石生长机理影响的探究

在微波等离子体化学气相沉积法同质外延生长单晶金刚石的过程中添加不同浓度的氮气,利用发射光谱、拉曼光谱等测试手段探究不同浓度氮气对等离子体以及单晶金刚石生长质量和速率的影响,通过分析等离子体内部基团强度的变化探究添加氮气对单晶金刚石生长机理的影响。探究发现:氮气的添加对于等离子体内基团的种类并没有明显改变,但随着氮气浓度的升高,CN基团的基团强度具有明显升高的趋势,C2基团的基团强度不断降低,单晶金刚石的生长速率不断提高。氮气并不是通过提高甲烷的离解度来产生更多的C2基团从而促进单晶金刚石的生长,而是作为一种催化剂加快单了晶金刚石表面的化学反应。当氮气浓度低于0.5%时,单晶金刚石的生长速率提高幅度较大且生长质量良好。但当氮气浓度超过0.8%时,单晶金刚石的生长速率逐渐趋近于饱和,且非金刚石相不断增多,生长质量不断降低,因而通入氮气的最佳浓度应该低于0.5%。     

热阴极DC-PCVD方法制备的金刚石厚膜的生长特性和内应力

采用热阴极DC PCVD(DirectCurrentPlasmaChemicalVaporDeposition)方法制备出大尺寸高质量的金刚石厚膜,研究了金刚石厚膜的生长特性和内应力状态。由热阴极DC PCVD方法制备的金刚石厚膜大多数为〈110〉取向,表面显露面主要是(100)面和(111)面,厚膜的表面被较多的孪晶所覆盖,部分(111)面退化为3个相互垂直的(110)面,孪晶使厚膜表面结晶特性复杂化,金刚石厚膜的晶粒沿生长方向呈现柱状生长。金刚石厚膜的生长速率随甲烷流量和工作气压的增加而增加,但随生长速率的提高金刚石膜的品质明显下降。金刚石厚膜的内应力以压应力为主,随着甲烷浓度的增加压应力增加,随着工作气压的增加压应力减小,到某个气压之后变为张应力。     

甲烷浓度对CVD金刚石薄膜晶体学生长过程的影响

采用X射线衍射技术、电子背散射衍射技术和扫描电镜分别观察了不同甲烷浓度条件下沉积的CVD自支撑金刚石薄膜的宏观织构、微区晶界分布和表面形貌.研究了金刚石晶体{100}面和{111}面生长的晶体学过程.研究表明,{100}面通过吸附活性基团CH^2- 2,而{111}面通过交替吸附活性基团CH^-3和CH^-3后脱氢堆积碳原子.低甲烷浓度时,{111}面表面能低于{100}面,使{111}面生长略快于{100}面.甲烷浓度升高,动力学作用增强使{100}面生长明显快于{111}面,使金刚石薄膜产生{100}纤维织构;同时显露的{100}面平行于薄膜表面,竞争生长使位于晶体侧面的{111}面由于相互覆盖而减小,形成了不同于单晶体自由生长的薄膜表面形貌组织.     

钽基体上铜薄膜微观结构的分子动力学模拟

运用分子动力方法模拟了铜薄膜在钽（100）及（111）基体上沉积过程。结果表明沉积过程中铜薄膜的晶格位向取决于钽基体的晶格位向．在钽（100）面上，铜薄膜在不同的温度下分别沿（111）或（110）面生长，所形成的晶界与住错沿着薄膜的生长方向发展，薄膜表面的粗糙度与沉积温度有关，低温时表面粗糙度较大。而在钽（100）面上，铜薄膜的外延生长面为（100）面，位错沿（111）面分布，并只存在于界面附近，在铜薄膜的内部仅有少量的点缺陷，薄膜表面粗糙度较小并与沉积温度无关。     

氮气氛下金刚石薄膜生长过程中的光发射谱研究

利用原位光发射谱对衬底附近的化学气相性质进行了研究．研究表明,氮气的引入使得金刚石生长的气相化学和表面化学性质发生了很大变化．含氮基团的萃取作用提高了金刚石表面氢原子的脱附速率,从而提高了金刚石膜的生长速率．而含氮基团的选择吸附使金刚石（１００）取向变得化学糙化,这种化学糙化使得（１００）晶面生长速率远大于其它晶面,最终使金刚石薄膜呈现（１００）织构．还利用化学气相沉积方法研究了氮气浓度对金刚石生长的影响,结果与光发射谱分析是一致的．     

3D ES势垒对Cu(111)和Cu(001)晶面同质外延生长的影响（英文）

三维3D ES势垒直接影响着层间扩散,在Cu(111)和Cu(100)面2D ES势垒和3D ES势垒是不同的。本文主要研究了基于(1+1)维KMC模型,在这两个特殊的晶面上Cu薄膜的同质外延生长。观察两个面的生长情况,发现随着温度的增加薄膜的粗糙度逐渐减小,由于Cu(111)表面2D ES势垒较小,所以Cu(111)面粗糙度的下降的速度比Cu(100)要快,Cu(111)表面更有利于薄膜的生长。对于纳米棒的应用,在生长时间较短时两个面的生长速率逐渐减小,但是Cu(100)面的生长速度比Cu(111)面更快,随着生长时间的增加,这两个面会出现多层台阶,Cu(111)面的生长速度会逐渐增加,最终会超过了Cu(100)面。多层台阶出现后对两个面的影响是不同的。由于Cu(111)表面3D ES势垒较大,在Cu(111)表面会形成较多的多层台阶,Cu(111)面上多层台阶数有利于纳米棒的生长,然而在Cu(100)表面3D ES势垒较小,Cu(100)表面很难形成多层台阶,所以Cu(100)面上纳米棒的生长速度并没有增加。正是因为3D ES势垒的存在才会导致多层台阶的出现,较大的3D ES势垒有利于纳米棒的生长。     

3D ES势垒对Cu(111)和Cu(OO1)晶面同质外延生长的影响

三维3D ES势垒直接影响着层间扩散,在Cu(111)和Cu(100)面2D ES势垒和3D ES势垒是不同的.本文主要研究了基于(1+1)维KMC模型,在这两个特殊的晶面上Cu薄膜的同质外延生长.观察两个面的生长情况,发现随着温度的增加薄膜的粗糙度逐渐减小,由于Cu(111)表面2D ES势垒较小,所以Cu(111)面粗糙度的下降的速度比Cu(100)要快,Cu(111)表面更有利于薄膜的生长.对于纳米棒的应用,在生长时间较短时两个面的生长速率逐渐减小,但是Cu(100)面的生长速度比Cu(111)面更快,随着生长时间的增加,这两个面会出现多层台阶,Cu(111)面的生长速度会逐渐增加,最终会超过了Cu(100)面.多层台阶出现后对两个面的影响是不同的.由于Cu(111)表面3D ES势垒较大,在Cu(111)表面会形成较多的多层台阶,Cu(111)面上多层台阶数有利于纳米棒的生长,然而在Cu(100)表面3D ES势垒较小,Cu(100)表面很难形成多层台阶,所以Cu(100)面上纳米棒的生长速度并没有增加.正是因为3D ES势垒的存在才会导致多层台阶的出现,较大的3D ES势垒有利于纳米棒的生长.     

MPCVD法同质外延生长单晶金刚石

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在高温高压(HPHT)下制备的单晶片上进行单晶金刚石同质外延生长,研究了甲烷浓度和衬底温度对金刚石生长的影响。利用扫描电子显微镜与激光拉曼光谱仪对生长前后的样品进行表征。结果表明,利用HPHT单晶片上生长时,主要为层状生长和丘状生长模式,丘状生长易出现多晶结构。降低甲烷浓度能够降低丘状生长密度,提高金刚石表面平整度;金刚石生长速率随甲烷浓度、工作气压和衬底温度的增加而提高,但过高的甲烷浓度(72%)和衬底温度(1 150℃)会降低金刚石的质量。所生长出的单晶金刚石质量较为理想,衬底与生长层之间过渡比较自然,金刚石结晶度高,缺陷密度小,但随膜层增厚,非晶碳含量有所增加。     

超高真空中SrTiO3薄膜同质外延生长的过程研究

在超高真空下利用激光分子束外延(LMBE)方法基于SrTiO3(100)单晶基片同质外延SrTiO3薄膜.通过反射式高能电子衍射(RHEED)对生长过程进行原位监测,发现对基片的预热处理明显有利于改善其晶面结构,当在其上同质外延SrTiO3薄膜时,容易实现单晶层状生长模式,并得到原子级平整度的铁电薄膜.     

氧化铁刻蚀金刚石表面形貌的表征及形成机理

为了系统研究不同温度下氧化铁刻蚀金刚石表面的形貌及形成机理,以人造金刚石为刻蚀材料,以氧化铁作为刻蚀剂,先将金刚石洗净,然后将金刚石与氧化铁以质量比为1∶5混合均匀、压实,用氮气作为保护气氛,在650～850℃下用氧化铁刻蚀金刚石单晶表面。再用扫描电子显微镜及其3D重建技术、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等方法对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、表面粗糙度、物相组成和刻蚀机理进行了表征与分析。首次用3D重建技术对刻蚀后金刚石不同晶面的形貌进行了立体观测,用铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度来评估刻蚀对金刚石与结合剂间结合力的影响。结果表明:氧化铁在不同温度下均能有效刻蚀金刚石单晶,且对不同晶面的刻蚀程度和形貌是各向异性的;当刻蚀温度为650℃时,氧化铁对金刚石单晶已有一定的刻蚀;随温度的升高,刻蚀加剧;在相同条件下,金刚石单晶的{100}面刻蚀程度比{111}面严重,{100}面表面粗糙度S_a从0.84μm升至3.73μm,{111}面表面粗糙度S_a从0.77μm升高至2.01μm。刻蚀后,金刚石单晶的不同晶面形貌由金刚石本身的原子排列决定,随着刻蚀温度从650℃升至850℃,金刚石{100}面刻蚀坑从四边形变为八边形,{111}面由轻微的点状变为三棱锥形凸起。氧化铁对金刚石单晶的刻蚀机理是金刚石的氧化过程。刻蚀后,铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度有较大的提高。     

Si3N4／Si表面Ge生长过程的STM研究

利用STM和LEED分析了Ge在Si3N4/Si(111)和Si3N4/Si(100)表面生长过程的结构演变,在生长早期,Ge在两种衬底表面上都形成高密度的三维纳米团簇,这些团簇的大小均在几个纳米范围内,并在高温退火时积增大,当生长继续围内形成以（111）方向为主的晶面,相反,在非晶的Si3N4表面,Ge的（111）晶向的小面生长比其他方向优先,最后在大范围内形成以（111）方向为主的晶面,相反,在非晶的Si3N4表面,即Si3N4/Si(100),Ge晶体的高指数侧面生长较顶面快,最终形成金字塔形的岛结构,对这样的表面生长过程进行了探讨给出合理的物理解释。     

浙江大学一九八二年攻读材料科学硕士学位研究生入学试题(中)

半导体物理一作图和回答下列问翅四、 1.在图1所示的立方晶格中.作出《111}晶面组合图, 并指明相应的晶面指数;再作出(110)晶面. 2.晶向为(11幻的硅单晶体.经化学腐蚀后.在(111)五、 图面上呈现出等边三角形的位错皮蚀坑,试在此晶 面上作出{111}的定位面(图2)。六、 l 尹..,l 图1图2 3.求面心立方晶体的侧格子结构. 4.画出金刚石结构的晶饱,并指出一个晶饱含几个原 子。 5.写出金刚石结构的第一布里渊区与(111)轴.(1。。〕 轴、〔11。〕轴的文点倒格矢‘二.已知两种级流子温差电势率为:护。一枉(二飞二、t、。l。丛一pz。N· 资 q、on丫F,n…     

单晶Ag基底上YBCO膜外延机理的研究

采用PLD方法在(100),(110)和(111)3种单晶Ag上沉积YBCO超导膜,从实验结果可知,在(100),(110)Ag单晶上沉积的YBCO膜是外延生长的,都具有良好的双轴取向,在(100)单晶上的外延关系(001)YBCO ||{100}Ag,[100]YBCO或[010]YBCO||<100>Ag.在(110)单晶上的外延关系(001)YBCO ‖{110}Ag,[100]YBCO或[010]YBCO ‖<100>Ag.但在(111)Ag单晶上沉积的YBCO膜只有很强的c-轴织构,面内取向不唯一.我们从晶格错配率的角度研究了其外延机理,对实验结果给予了合理的解释.