生长单晶用SiC粉料合成工艺研究进展

Si C以其优异的物理化学性能在很多领域都有着广泛的应用前景,做为第三代半导体材料,Si C单晶是制作高频、大功率电子器件的理想材料。针对用于单晶生长的高纯Si C粉料的合成方法与合成工艺的研究现状进行了阐述,并对不同合成方法优缺点进行了评述,不同合成工艺对合成产物的影响进行了总结,提出了生长单晶用Si C粉料的研究方向。

通H_2合成生长单晶用高纯碳化硅粉料

采用碳硅直接反应并在生长过程中通氢气的方法来合成单晶生长用高纯Si C粉料。利用XRD、Raman、粒度测试仪和GDMS(辉光放电质谱仪)等测试手段来对合成粉料的物相、晶型、粒度和纯度等参数进行了表征。最后利用生长过程中通H2合成的碳化硅粉料进行了碳化硅单晶生长,并采用SIMS(二次离子质谱仪)和非接触式电阻率测试仪对碳化硅单晶的纯度以及电学性质进行了表征。发现生长过程中通H2有利于高纯Si C粉料纯度的提升,此外,通H2合成的高纯碳化硅粉料有利于高纯半绝缘碳化硅单晶的生长。

阵列碳纳米管的石墨化程度

采用化学气相沉积法制备了阵列碳纳米管薄膜,对阵列碳纳米管的石墨化程度进行了系统研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)对样品形貌以及结构进行了表征。探讨了不同实验参数对阵列碳纳米管石墨化程度影响的机理。结果发现,在一定催化剂浓度范围内,催化剂浓度过低时,阵列碳纳米管的石墨化程度较差,而随着催化剂浓度的增加,阵列碳纳米管的石墨化程度逐渐变好;生长石墨化程度较好的阵列碳纳米管需要合适的进液速度,进液速度过低或过高都会使得碳纳米管的石墨化程度变差;此外,生长石墨化程度较好的阵列碳纳米管也需要合适的生长温度,生长温度过低或过高都会使得碳纳米管的石墨化程度变差。

阵列碳纳米管薄膜厚度调控研究

采用化学气相沉积法制备了阵列碳纳米管薄膜,对薄膜生长厚度进行了系统研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)对样品形貌以及结构进行了表征。结果发现,在相同的生长时间和一定的催化剂浓度范围内,阵列碳纳米管的薄膜厚度随催化剂浓度提高而增加;在生长时间相同时,阵列碳纳米管薄膜厚度随载气流速的增加而降低,且下降趋势近似为线性;随着生长时间的增长,阵列碳纳米管薄膜的厚度也随之增加,且在前60min生长速度最快达到24μm/min,60min之后生长速度减缓。

超长定向含铁多壁碳纳米管阵列的制备

采用无模板化学气相沉积法,以二茂铁为催化剂,二甲苯为碳源,利用单温炉加热装置制备了定向碳纳米管阵列。运用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线衍射仪等对定向碳纳米管阵列的形貌、成分和物相进行细致的分析和表征。结果表明:制得的碳纳米管阵列具有良好的定向性和多壁管状结构,并且石墨化程度高;碳纳米管中除碳元素外,管中包含有少量以纳米颗粒和纳米线形式存在的铁及其化合物,主要成分是铁和碳化铁。结合碳纳米管的制备和透射电子显微镜分析表征结果,认为超长碳纳米管阵列的生长模式为底部生长方式,即经历催化剂分解、催化、成核、长大、中毒、凝聚成粒和连接成线的循环过程,正是由于碳源和催化剂的连续供应促成了碳纳米管阵列的快速定向生长。

垂直定向螺旋碳纳米管阵列的大量合成（英文）

以二甲苯作为碳源、二茂铁作为催化剂前驱体,采用催化裂解法大规模合成了具有不同螺距和螺旋直径、垂直于基底生长的碳纳米管阵列。通过拉曼光谱和高分辨透射电镜测试分析,结果表明,所制备的碳纳米管阵列分布均匀、石墨化程度高,且沿其长度方向具有不同的螺距和螺旋直径。由于在碳纳米管的生长过程中,会伴随着碳五环、碳七环与碳六环的生成,而碳六环是形成石墨晶格的基本结构单元。当碳六环网络结构中出现碳五环和碳七环时,螺旋形的碳纳米管就会形成。实验中螺旋形碳纳米管的产率约为4.5 mg/cm^2·h。螺旋形碳纳米管在高性能传感器、谐振器、纳米机械弹簧、电感等纳米电子器件中具有潜在的应用价值。

高真空下合成生长单晶用高纯碳化硅粉料

采用自蔓延法合成单晶生长用高纯SiC粉料,特别地,将β-SiC合成过程放在高真空下进行,随后利用所合成的碳化硅粉料进行了碳化硅单晶生长。利用XRD、Raman光谱、SIMS(二次离子质谱仪)和非接触式电阻率测试仪等测试手段对合成粉料的物相、晶型以及碳化硅单晶的纯度和电阻率等参数进行了表征。研究发现,将β-SiC合成过程放在高真空下进行,有助于高纯SiC粉料纯度的提升,特别是N浓度的降低。此外,高真空条件下合成的高纯碳化硅粉料有利于高纯半绝缘碳化硅单晶生长。

催化剂对三聚氰胺-甲醛有机气凝胶的影响

采用溶胶-凝胶法制备出一系列不同催化剂种类和浓度的三聚氰胺-甲醛(MF)有机气凝胶模板,通过傅里叶变换红外光谱仪、热分析仪、N2吸附等测试手段对其分子结构、热稳定性、孔结构进行了表征。测试结果表明:催化剂种类和浓度变化不影响模板的分子结构和热性能;各模板热解程度均达97%;相比NaOH和NaHCO3为催化剂制备的模板,Na2CO3为催化剂时,制备的模板更优,比表面积和孔容较大,孔分布范围较宽;当三聚氰胺与催化剂的浓度比为500时,比表面积达到最大。

生长条件参数对碳纳米管阵列定向性的影响

采用化学气相沉积法(CVD)制备出了结构可控的碳纳米管阵列,并对其定向性进行了系统研究。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品的形貌和结构进行了表征。结果发现碳纳米管阵列的石墨化程度及定向性受催化剂浓度、生长基底位置、载气流速因素影响。结果表明,过低或过高的催化剂浓度以及载气流速都会使得碳纳米管阵列的定向性变差。而生长位置离基底中心越近,碳纳米管阵列的定向性越好。