类金刚石薄膜的Raman光谱分析及红外光谱特性

用酒精和氢气的混合气体为工作气体 ,在不同的酒精浓度下 (1 0 % ,1 5% ,2 0 % )下利用微波等离子体化学气相沉积法在较低温度下 (450～ 50 0℃ )以单晶硅为衬底制备出类金刚石薄膜样品。 Raman光谱分析了酒精浓度对薄膜中金刚石成份的含量的影响。红外光谱分析表明薄膜的红外光透过率与薄膜的表面形貌、薄膜结构有关。酒精浓度为 1 0 %时得到的金刚石薄膜的红外光透过率最高 ,达到 62～ 72 % ,同时透过率曲线因薄膜干涉而引起的振荡也最为显著。     

金刚石聚晶碳膜场发射的场增强特征研究

利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),在镀金属钛的纯平陶瓷衬底上制备出一层微米量级的类球状金刚石聚晶颗粒碳膜。通过拉曼光谱仪、X射线衍射仪分析了碳膜的成分,通过扫描电子显微镜观察了碳膜的外部形貌。最后利用场发射的二级结构装置测试了碳膜的场发射性能。讨论了金刚石聚晶碳膜的场发射机理,得出碳膜场发射性能优异的原因是金刚石聚晶碳膜表面存在强大的场增强现象。     

Artificial Potential Relief in Carbon Films and Associated Heterostructures

The possibility of constructing an artificial potential relief and fabricating multiple-quantum-well (MQW) structures based on ultrathin -C : H layers is demonstrated. The photoelectric properties of the structures are studied, the carrier transfer mechanism is established, and the influence of the applied voltage on the carrier transfer mechanism is demonstrated. The effect of illumination on the active and reactive components of the admittance of the structures and on the charge transient energy spectra of recharging traps and relaxation centers is studied. The parameters of the MQW structures, such as concentration, energy position, and trapping cross sections of deep levels; band bending at the -C : H/Si interface; potential well depths; etc. are determined. The -C : H layers with a small trap concentration are obtained. Such layers can be used as gate dielectrics in MIS transistors. Single-crystal Si–-C : H film heterostructures can operate as photodiodes, photovaractors, and dynamic memory elements.     

金刚石膜及类金刚石膜的光学应用研究进展

金刚石膜及类金刚石(DLC)膜由于具有宽光谱透过率高、硬度高、摩擦系数小、化学稳定性好等优点,可以作为多种光学材料如硅、锗、玻璃、硫化锌、MgF2,HgCdTe,KCl等的增透/保护膜,起到抗磨损、抗腐蚀、抗潮解和抗氧化的作用.金刚石膜及类金刚石膜已被应用于太阳能硅电池、高功率CO2激光器窗口、潜望镜红外(IR)窗口、飞机前视红外窗口、导弹头罩窗口和宇航探测器等.总结了这一方面的应用和研究进展,展示了金刚石膜及类金刚石膜巨大的优越性与广阔的应用前景.     

金刚石薄膜和类金刚石薄膜

本文介绍了金刚石薄膜和类金刚石薄膜的制备与薄膜性能分析方法,也介绍了它们的应用前景。本文给出了华北光电所研究类金刚石薄膜的结果。     

氮掺杂金刚石膜的生长特性

采用电子辅助化学气相沉积法(EA-CVD),在含氮气氛中制备出金刚石膜,利用SEM、Raman光谱、EPR测试手段研究了氮气对金刚石膜品质的影响及氮掺杂特性.结果表明,在950℃基片温度下,沉积气氛中掺入氮气后,金刚石膜晶形变为"菜花状", 非金刚石碳的含量增加,膜的品质下降.在800℃基片温度下,沉积气氛中掺入氮气后,孪晶和二次成核减少,金刚石膜的结晶形貌得到改善.通过Raman光谱和EPR分析发现,在金刚石膜中氮杂质主要以Ns0,[N-V]0和[N-v]-1的形式存在,而且随着氮气流量的增加,Ns0的含量增加,[N-V]0含量减少,[N-V]-1含量变化不明显.     

氮掺杂金刚石膜的生长特性

采用电子辅助化学气相沉积法(EA-CVD),在含氮气氛中制备出金刚石膜,利用SEM、Raman光谱、EPR测试手段研究了氮气对金刚石膜品质的影响及氮掺杂特性.结果表明,在950℃基片温度下,沉积气氛中掺入氮气后,金刚石膜晶形变为"菜花状", 非金刚石碳的含量增加,膜的品质下降.在800℃基片温度下,沉积气氛中掺入氮气后,孪晶和二次成核减少,金刚石膜的结晶形貌得到改善.通过Raman光谱和EPR分析发现,在金刚石膜中氮杂质主要以Ns0,[N-V]0和[N-v]-1的形式存在,而且随着氮气流量的增加,Ns0的含量增加,[N-V]0含量减少,[N-V]-1含量变化不明显.     

利用脉冲准分子激光在ZnS上沉积类金刚石薄膜

利用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术,通过对激光等离子体的粒子成分以及空间分布的诊断,实现了等离子体成分的选择性沉积。在不降低光谱范围和透过率指标的前提下,解决了类金刚石(DLC)薄膜和硫化锌(ZnS)基底的牢固结合问题;通过改进基底平台的扫描方式,在激光烧蚀沉积工艺中沉积了80mm的大面积均匀类金刚石薄膜。制备的类金刚石/ZnS镀膜样品,光谱范围为0.53~12μm,其中1.3~11μm波段透过率在70%以上,膜层均匀性优于95%,可耐受环境湿度95%~100%,工作温度-45~85℃,附着力达到国军标要求。研究表明,利用类金刚石薄膜可以明显提高ZnS材料的耐冲击、耐高温、耐辐射和抗沙粒、盐、雾和尘埃的磨损侵蚀等能力。     

Diamond Like Carbon Film Deposited on Porous Silicon as Passivation Coating

By depositing diamond like carbon(DLC)film with radio frequency plasma chemical vapor deposition(RFPCVD)method,a new surface passivation technique for photoluminescence porous silicon(PS)has been studied.The surface microstructure and photoelectric properties of both porous silicon and DLC coated PS have been analyzed by using AFM,FTIR and PL spectrometers.The results show the DLC film with dense and homogenous nanometer grains can be deposited on the PS used as passivation coating as it can terminate oxide reaction on the surface of the PS.Furthermore,certain ratio of hydrogen existed in the DLC film can be improved to form hydride species on the DLC/PS interface as the centers of the luminescence so that the DLC coating is of benefit not only to the passivation of the PS but also to the improvement of its luminescent intensity.     

金刚石薄膜的形成及其场发射特性研究

研究了金刚石聚晶碳膜的生长过程,以及不同生长阶段碳膜的场发射性能。通过磁控溅射法在陶瓷上镀一层金属钛作为制备碳膜的衬底,将衬底放入微波等离子体化学气相沉积腔中,经过不同的沉积时间制备出一系列的碳膜。利用SEM、Raman光谱仪、X射线衍射仪等仪器,对碳膜进行了形貌与成分分析,最后利用二极结构场发射装置,测试了碳膜的场发射性能。着重讨论了金刚石聚晶碳膜生长过程中的变化,并且对金刚石聚晶碳膜的场发射机理进行了深入研究。     

掺硼金刚石薄膜热敏电阻器性能

用微波等离子体ＣＶＤ方法制作了掺硼金刚石薄膜热敏电阻器。该器件的结构由Ｓｉ３Ｎ４基底和２μｍ厚的掺硼金刚石薄膜组成，并采用了经退火处理的钛／金双金属层制作欧姆接触，结果在室温到６００℃范围内获得了欧姆接触，温度响应以及电阻温度系数优良的热敏电阻器。     

PECVD多晶金刚石平面薄膜场发射特性

以n-Si为衬底，用PECVD方法淀积了多晶金刚石薄膜。采用以金刚石薄膜为阴极的二极管结构测试了场发射特性，在6V/μm的电场下，场发射电流为5μA。研究了场发射的有效势垒随外加电场的变化，发现在有效势垒随外电场变化的曲线中存在一段平台。从理论上对这种现象进行了研究，分析了电子从Si衬底注入金刚石薄膜的方式，认为有效势垒的平台是由于缺陷能级在金刚石禁带中分布不均匀所致，并由此建立了在注入限制情况下多晶金刚石薄膜的场发射模型。根据模型计算得到有效势垒的理论曲线与实验曲线，反映了相同的变化规律。     

氢气对含金刚石碳薄膜场发射性能的影响

测试了采用磁控溅射工艺制备得到含金刚石碳薄膜的场发射性能，试验结果表明含金刚石薄膜具有良好的场发射性能，最小场强阈值为３７Ｖ／μｍ，其相应的有效功函数０．２９ｄｅＶ，最大的场发射电流密度达５．４ｍＡ／ｃｍ＾２。分析了溅射气体中加入量和基体温度对薄膜晶体结构和场发射性能的影响。     

等离子体刻蚀处理大面积金刚石薄膜

平整均匀的大面积金刚石膜是其在电子领域工业化应用的前提。采用微波等离子体化学气相沉积装置,分别用氢气、氮气加空气、氧气对大面积金刚石膜进行了等离子体处理,通过表面形貌和电阻率的均匀性表征金刚石膜的均匀性,用电阻率的大小表征绝缘性,并采用原子力显微镜测量膜的表面粗糙度。用氮气加空气处理后,金刚石膜的电阻率提高了5个数量级,达到了1013Ω.cm,更好地满足了电子器件对绝缘性的要求,且均匀性较好,表面粗糙度Ra为90 nm~111 nm,但平整性仍须改进。     

碳纳米球薄膜的场发射特性

利用微波等离子体化学气相沉积法,在Si(100)衬底上制备了碳纳米球薄膜。利用拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜的结构以及表面形貌,表明碳纳米球薄膜是由约2～3μm长、100nm宽的无定形碳纳米片相互缠绕、交织成球状而构成的。在高真空系统中测量了碳纳米球薄膜的场发射特性,结果表明,碳纳米球薄膜具有良好的场发射特性,阈值电场为3.1V/μm,当电场增加到10V/μm时,薄膜的场发射电流密度可达到60.7mA/cm2。通过三区域电场模型合理地解释了碳纳米球薄膜在低电场、中间电场和高电场区域的场发射特性。     

纳米絮状碳膜的制备及场发射特性

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-CVD)技术,以CH4和H2为源气体,硅片为衬底制备了碳膜。利用拉曼光谱仪和扫描电子显微镜成功研究了基板偏压、沉积时间、CH4浓度等工艺参数的改变对碳膜絮状结构的影响。通过分析碳膜结构和形貌,得出纳米絮状碳膜的最佳工艺参数。通过电流密度-电场(J-E)曲线和Fowler-Nordheim(F-N)曲线,研究了CH4浓度对纳米絮状碳膜的场发射特性的影响。随着CH4浓度的增加,碳膜的阈值电场逐渐降低,发射电流密度逐渐增加。     

加速器法沉积无氢类金刚石薄膜的性能与结构

本文对用加速器法（ＣＡＤ）在９Ｃｒ１８不锈轴承钢上制备的无氢类金刚石（ＨＦＤＬＣ）样品进行了显微硬度测试、磨擦磨损试验、激光扫描显微镜（ＬＳＭ）观察和透射电镜（ＴＥＭ）分析。试验结果表明用该工艺方法制 的ＨＦＤＬＣ膜具有非晶态显微结构，硬度极高，磨擦贪婪在损性能优异。     

用低压反应离子镀技术制备的类金刚石薄膜及其表征

以Ar气作为工作气体,CH4作为反应气体,利用低压反应离子镀(RLVIP)技术在Ge基底上成功制备出类金刚石(DLC)薄膜.通过拉曼光谱、Perking Elmer GX型红外光谱仪和Nano Indenter XP型纳米压痕硬度测试计分别表征了类金刚石薄膜的微观结构、光学性能和机械性能.结果表明,类金刚石薄膜(ID ...     

碳纳米管薄膜的场发射及其有效发射面积

讨论了薄膜与阳极间隔以及有效发射面积对碳纳米管薄膜场发射性能的影响。以磁控溅射Al和Ni在Si片上做为缓冲层和催化剂,以乙炔为C源气体,利用化学气相沉积法制备了碳纳米管薄膜。扫描电镜观测结果表明,碳纳米管的直径为50～80nm。采用二极管结构,测试了样品的场发射性能,结果表明碳纳米管薄膜具有优异的场发射特性,薄膜与阳极距离为400μm时开启场为0.85V/μm、阈值场为1.22V/μm。F-N理论计算结果表明,碳纳米管薄膜的有效发射面积几乎不随场发射所加电压的变化而改变;有效发射面积随着薄膜与阳极距离的增加而增大。     

金刚石薄膜的反应离子刻蚀

反应离子刻蚀是金刚石薄膜图形化的一种有效方法。研究了用Ｏ２及与Ａｒ的混合气体进行金刚石薄膜图形化刻蚀的主要工艺参数（射频功能、工作气压、气体流量、反应气体成分与比例等）对刻蚀速率和刻蚀界面形貌的影响，兼顾刻蚀速率和刻蚀平滑程度等关键因素，建立了金刚石薄膜刻蚀的优化工艺参数，达到了较满意的图形效果。