热丝化学气相沉积法制备单晶金刚石的试验研究

热丝化学气相沉积法沉积区域可达12英寸(30.48 cm),其具备大批量生产单晶金刚石的潜力。采用尺寸为3 mm×3 mm×1 mm,(100)取向的单晶金刚石为基体,利用热丝化学气相沉积法以甲烷和氢气为前驱体,同时通入少量氮气进行同质外延生长。结果表明,在热丝温度为2200℃、碳源浓度为4%、腔体气压为4 kPa的条件下,单晶金刚石以3.41μm/h的速度生长,表面无多晶、破口、孔洞等缺陷;外延层X射线衍射光谱在(400)面处峰值的半高宽为0.11°,低于基体的半高宽0.16°,证明外延层具有较高的晶体质量;氮气的引入可以提升单晶金刚石的生长速度,同时降低外延层的晶体质量,较高的氮气浓度还会使得单晶金刚石的生长模式转为岛状生长。

铜箔衬底对化学气相沉积法制备石墨烯的影响

化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯用的铜箔往往要求其表面平整、具有较大晶粒、大面积的Cu(111)晶面取向。本研究采用不同厚度的商用压延铜箔与电解铜箔为衬底,对比分析了铜箔表面形貌、晶粒尺度与Cu(111)面的差异,并探讨了在相同条件下两类铜箔对生长石墨烯的影响。研究表明,电解铜箔的表面粗糙度在预处理与退火后均大于压延铜箔。压延铜箔由于经历变形,退火处理后晶粒尺寸为37μm,Cu(111)面比例约40%,电解铜箔退火后晶粒尺寸约为24μm,Cu(111)面比例约为28%,压延铜箔优于电解铜箔。CVD制备石墨烯后发现压延铜箔上生长的石墨烯岛的面积大于电解铜箔,石墨烯缺陷要少于电解铜箔,即相同制备条件与相同厚度下压延铜箔上制备的石墨烯质量优于电解铜箔上制备的石墨烯。

化学气相沉积法制备高氮掺杂碳纳米笼的电容去离子性能

电容去离子(CDI)是一种基于电场力驱动的快速去除水中带电离子的新型脱盐技术,在盐水预富集和降低零排能耗方面极具潜力。但目前CDI技术受限于多孔碳电极低电吸附活性及不可控的孔结构分布导致脱盐容量和电荷效率较低,限制其进一步应用。为此,以吡啶在为碳源、碱式碳酸镁为模板剂通过化学气相沉法,构建了高活性表面、结构可控的N掺杂碳纳米笼状结构(N-CNC),探究其脱盐性能。通过精准控制载气与吡啶进入量,制备的N-CNC是由3~5层石墨化碳层层堆叠的空心长方体形貌,且外壁平均壁厚在1~2 nm,其中N质量分数高达4.2%。得益于这种优异的孔隙结构分布和丰富的表面化学性质,N-CNC展现出以赝电容贡献为主的电化学行为。组装N-CNC//N-CNC对称模块,采用单通道脱盐模式脱盐测试,结果表明,盐吸附量和电荷效率分别为21.8 mg/g和82%,能耗低至0.71 Wh/g。进一步使用自组装CDI模块处理煤化工高盐水,在1.2 V吸附电压下获得Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)电吸附脱盐容量分别为33.4、20.5和8.9 mg/g,其中Cl-/SO_(4)^(2-)选择性比高达5.1。本研究提供了一种简便可控的N掺杂碳纳米笼状结构制备方法,为CDI浓缩工业卤水预富集应用提供理论和技术支撑。

化学气相沉积法在锂离子电池硅/碳负极中的应用

在众多锂离子电池负极材料中,硅由于其超高的理论容量(4200 mA·h·g^(-1)),被认为是下一代高能量密度电池最有前途的负极材料。然而,硅基材料在循环中较大的体积效应,限制了其电化学性能的发挥,并极大地阻碍了其实际应用。研究表明,硅/碳复合负极材料能够有效缓解硅的体积膨胀,提升导电性,从而提高硅基负极的稳定性和电池的循环寿命。然而,实现高稳定性的批量生产仍然是一个巨大的挑战。由于化学气相沉积法(CVD)可以实现高质量沉积,且工艺简单,因此在制备硅/碳负极材料中得到广泛应用。从沉积硅、沉积碳和沉积硅/碳三个方面展开综述了化学气相沉积法在锂离子电池硅/碳负极中的应用,重点介绍了其设计策略和电池性能。最后,给出了硅基负极的发展趋势和应用前景。

化学气相沉积法制备ZnS中“彩色”来源和可见光散射控制研究

针对化学气相沉积法制备ZnS材料颜色变化、可见光散射等问题,采用自主开发的ZnS沉积系统,通过调整沉积工艺条件Zn/S比、沉积温度等相关条件,开展一系列从低温到高温、富Zn到富S的生长沉积试验。研究结果表明:制备的ZnS呈现灰色(富Zn、较低温)→浅白色(富S、较高温)的变化规律,颜色偏红的ZnS透过性能更好;沉积温度过高,ZnS生长快,晶体中微孔和六方相结构ZnS会增多,造成光的散射增加,影响材料的透过性能。

赵培教授团队:紧焦化学气相沉积技术,开启薄膜材料创新之门

赵培,教授,博士生导师,楚天学子/工大学者特聘教授、“湖北省杰出青年科学基金”及“武汉市青年科技晨光计划”人才基金项目获得者;2021年被评为武汉工程大学材料学科带头人;主要从事化学气相沉积法制备各种结构及功能薄膜/涂层的技术和设备开发研究。

化学气相沉积法制备二维过渡金属硫族化合物研究进展

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)是继石墨烯之后的新型二维材料,由于其自身的独特物理化学性质在半导体、光电材料、能源储存和催化制氢等方面备受瞩目。化学气相沉积(CVD)是目前适合实现大规模制备二维材料的工艺之一,制备过程中参数的高度可控性使其具有很大优势。本文综述了近期通过CVD制备TMDs的研究进展,探讨了在CVD制备工艺中各种参数对产物生长和最终形貌的影响,包括前驱体、温度、衬底、辅助剂、压力和载气流量等。列举了一些改进的CVD制备工艺,并对其特点进行了总结。最后讨论了目前CVD制备TMDs所面临的挑战并对其发展前景进行展望。

双源气溶胶辅助化学气相沉积制备AZO薄膜

采用双源气溶胶辅助化学气相沉积法制备了Al掺杂Zn O薄膜。研究了不同的乙醇和甲醇溶液比例对AZO薄膜各种性能的影响。通过紫外-可见光吸收光谱、原子力显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射对薄膜性能进行表征。结果表明通过使用双源AACVD法可以获得具有明显(002)择优取向AZO薄膜,并且在15 m L乙醇和20 m L甲醇时具有最佳的结晶性能,同时具有最优的光电学性能。不同乙醇和甲醇比例下薄膜的形貌不同。

静电辅助气溶胶化学气相沉积法制备Al_2O_3薄膜

以乙酰丙酮铝为前驱体,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用静电辅助的气溶胶化学气相沉积(ESAVD)方法,在Si(100)衬底上制备了Al2O3薄膜,并采用场发射扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和自动划痕仪等设备对制备的薄膜进行了表征。结果表明:采用ESAVD法制备的Al2O3薄膜平整致密而且晶粒细小,薄膜与基体之间及薄膜内部都未出现开裂现象;薄膜与基体的结合力约为5.56 N;沉积得到的薄膜为化学计量比为2∶3的氧化物薄膜;退火前的薄膜为非晶态,在1 200℃退火保温2 h后薄膜转变为-αAl2O3。

微波等离子体化学气相沉积法制备大尺寸单晶金刚石的研究进展

金刚石作为一种超宽禁带半导体,是下一代功率电子器件和光电子器件最有潜力的材料之一。然而,高品质、大面积(大于2英寸)单晶衬底的制备仍是金刚石器件产业应用亟待解决的问题。介绍了目前受到广泛关注的微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)获得大尺寸金刚石单晶衬底的技术方案,即单颗金刚石生长、拼接生长以及异质外延生长。综述了大尺寸单晶金刚石外延生长及其在电子器件领域应用的研究进展。总结了大尺寸单晶金刚石制备过程中面临的挑战并提出了潜在的解决方案。

SnS_(2)的化学气相沉积法制备及光电特性

为了提高光电探测器的光电特性,使其具有更宽的光谱响应范围以及实现对弱光信号的探测。文中以二氧化锡和升华硫为原料,采用化学气相沉积法在蓝宝石衬底上制备了SnS_(2)薄膜,通过干法转移制备了SnS_(2)光电探测器,探究了其在不同波长、光强、偏压条件下的光电特性。研究结果表明:制备出的SnS_(2)为20~30μm的不规则形状晶体;SnS_(2)光电探测器在250~850 nm波长范围内有不同程度的响应,在波长440 nm附近的响应最高。在520 nm波长的激光照射下,SnS_(2)光电探测器的光响应度和光探测率分别为42.52 mA·W^(-1)和1.83×1011 cm·Hz 1/2·W^(-1),上升时间和下降时间分别为37 ms和66 ms。由于SnS_(2)是一种环境友好型材料且具有较大的带隙,使其为设计下一代高性能光电探测器提供了参考。

化学气相沉积法合成Si_(3)N_(4)纳米带的研究

以Si粉、酚醛树脂和硝酸铁为原料,采用化学气相沉积法在氮气气氛下合成Si_(3)N_(4)纳米带。研究了热处理温度和硝酸铁添加量对合成Si_(3)N_(4)纯度和形貌的影响。结果表明,在非催化作用下,热处理温度升高有利于提高Si_(3)N_(4)纯度;温度为1500℃时,合成高纯Si_(3)N_(4),其中α-Si_(3)N_(4)和β-Si_(3)N_(4)生成量分别为91%和9%。添加催化剂显著影响Si_(3)N_(4)形貌,其形貌由直线形带状结构演变为蜷曲的带状结构,具有这种带状结构的Si_(3)N_(4)为α-Si_(3)N_(4);当硝酸铁添加量为5%时,α-Si_(3)N_(4)生成量较高,为95%。

气溶胶辅助化学气相沉积制备Al掺杂ZnO透明导电薄膜

采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)法在玻璃衬底上制备了Al掺杂ZnO(AZO)薄膜.研究了Al掺杂(2at%～8at%)对ZnO薄膜结构及光电性能的影响.利用XRD、SEM、EDAX、紫外可见分光光度计等手段对样品进行测试.结果表明,制备的所有AZO薄膜均具有纤锌矿结构,不具有沿c轴方向的择优取向,XRD图谱中未观察出Al的相关分相.在可见光范围内,AZO薄膜的平均透过率大于72%,光学禁带宽度随Al掺杂量的增加而变窄.同时根据四探针技术所得的数据得知:Al的掺杂导致薄膜方块电阻的变化,随着Al掺杂量的增加,方块电阻有明显变小的现象,掺杂6at%Al的AZO薄膜具有最低方块电阻(18Ω/□).

催化剂辅助化学气相沉积法制备准单晶ZnO纳米线

利用Au催化辅助化学气相沉积生长技术,在nSi(111)衬底上制备了准单晶的ZnO纳米线。X射线衍射分析的结果表明,ZnO纳米线具有明显的沿(0001)方向定向生长的特征。扫描电子显微镜分析表明,ZnO纳米线的典型直径约为100nm,长度为2～5μm。讨论了Au催化辅助化学气相沉积生长技术制备ZnO纳米线的原理。

两段成长法改善微波电浆辅助化学气相沉积多晶金刚石之品质(英文)

以化学气相沉积法成长多晶金刚石薄膜时,薄膜的品质会受到成长时间、成长压力、反应气体比例、偏压与否及成核的机制等因素影响。研究采用微波电浆辅助化学气相沉积(MPECVD)法,以甲烷(CH4)和氢气(H2)作为反应气体原料,在p型(111)硅基板沉积多晶金刚石薄膜。典型沉积多晶金刚石薄膜的制程可分为四个阶段:抛蚀表面阶段、渗碳阶段、偏压增强成核(BEN)阶段及成长阶段。研究将成长阶段划分为两个阶段,第一阶段压力较低(成长I阶段),第二阶段压力较高(成长II阶段)。结果表明:第一阶段可大大改善金刚石薄膜的品质,所获多晶金刚石薄膜的晶粒具有明确的颗粒边界、较低的碳化物或缺陷,电导率急剧降低,显现出本徵金刚石半绝缘的性质。可以认为金刚石薄膜品质的改善完全为低压成长所致。实验发现在成长I阶段或成长II阶段施加偏压时,只会降低多晶金刚石薄膜的品质。

射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积法制备类金刚石碳膜工艺与性能表征

使用射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积技术(简称RFGDPECVD)在玻璃载玻片表面沉积类金刚石薄膜。用原子力显微镜(AFM)、摩擦试验仪、划痕试验机测定了其表面形貌、耐磨性及附着性。采用X射线光电子能谱(XPS)、分光光度计对两种气源(C4H10、C2H2)制备的DLC薄膜微观组成和透光率进行了检测和对比。结果表明:DLC薄膜的表面光滑、平整,表面粗糙度随沉积时间的增加单调递增;耐磨性及附着性优良;与C4H10相比使用C2H2作为碳源气体可以得到较高sp3含量和较低sp1含量的DLC膜;C2H2制备DLC薄膜的透光率低于C4H10;同一种碳源气体,反应流量比例越小,则DLC薄膜的透光性越好。

雾化辅助化学气相沉积法氧化镓薄膜生长研究

采用自主设计搭建的雾化辅助化学气相沉积系统设备,开展了Ga_(2)O_(3)薄膜制备及其特性研究工作。通过X射线衍射研究了沉积温度、系统沉积压差对Ga_(2)O_(3)薄膜结晶质量的影响。结果表明,Ga_(2)O_(3)在425~650℃温度区间存在物相转换关系。随着沉积温度从425℃升高至650℃,薄膜结晶分别由非晶态、纯α-Ga_(2)O_(3)结晶状态向α-Ga_(2)O_(3)、β-Ga_(2)O_(3)两相混合结晶状态改变。通过原子力显微镜表征探究了生长温度对Ga_(2)O_(3)薄膜表面形貌的影响,从475℃升高至650℃时,薄膜表面粗糙度由26.8 nm下降至24.8 nm。同时,高分辨X射线衍射仪测试表明475℃、5 Pa压差条件下的α-Ga_(2)O_(3)薄膜样品半峰全宽仅为190.8″,为高度结晶态的单晶α-Ga_(2)O_(3)薄膜材料。

石墨烯的化学气相沉积法制备

化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、SiC外延生长法和CVD方法)的原理和特点,重点从结构控制、质量提高以及大面积生长等方面评述了CVD法制备石墨烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD法制备石墨烯的可能发展方向,如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等。

脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积TiN和TiCN薄膜摩擦磨损特性研究

对比研究了脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积TiN和TiCN薄膜的摩擦磨损特性,用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及销-盘摩擦磨损试验机分析薄膜形貌和结合力,考察了不同沉积条件下2种薄膜的摩擦磨损过程及其影响因素.结果表明,TiCN薄膜具有较高硬度、良好的膜基结合力,相对于TiN薄膜而言表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能.在实际使用中应注重成分和结构优化设计,以保证薄膜具有良优良的减摩性能.

石墨烯的化学气相沉积法制备及其表征

石墨烯是由sp2杂化的碳原子键合而成的具有六边形蜂窝状晶格结构的二维原子晶体,其具有电学、力学和光学等方面一系列优良性能,使得它在各个领域的应用一直被人们所关注。然而,石墨烯的工业化制备仍然面临着巨大的挑战。本文采用化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯,并用拉曼光谱、高分辨率扫描电镜和X射线多晶衍射对其进行了分析和表征。研究结果表明,用CVD法制备石墨烯具有工业化的可能。