直流射频等离子体增强化学气相沉积类金刚石碳薄膜的结构及摩擦学性能研究

利用直流射频等离子增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜.采用Raman光谱、红外光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜等研究了薄膜的微观结构和表面形貌,在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上考察了薄膜在不同载荷与滑动速度下的摩擦学性能.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜具有典型的类金刚石结构特征,薄膜均匀、致密,表面粗糙度小,硬度较高;薄膜与Si3N4陶瓷球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能;随着试验载荷与滑动速度的提高,薄膜的摩擦系数降低,耐磨寿命降低;薄膜的减摩抗磨性能同其在Si3N4陶瓷球偶件磨损表面形成的转移膜相关.

射频等离子体增强化学气相沉积SiN_x薄膜的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以N2和SiH4作为反应气体,在P型硅基片上进行SiNx薄膜的沉积.使用椭偏仪对薄膜厚度和光学常量进行了测量,用傅里叶变换红外光谱仪对SiNx薄膜的化学键合结构进行了分析.研究了基片温度、射频功率以及N2和SiH4的气体流量比率等实验工艺参量对薄膜沉积速率和光学常量的影响.结果表明,射频等离子体增强化学气相沉积技术沉积的SiNx薄膜是低含氢量的SiNx薄膜,折射率在1.65～2.15之间,消光系数k在0.2～0.007之间,当SiNx薄膜为富氮时k≤0.01,最高沉积速率高达6.0nm/min,N2和SiH4气体流量比率等于10是富硅和富氮SiNx薄膜的分界点.

射频辉光放电等离子体化学气相沉积类金刚石膜的性能研究

用自行设计的RF PCVD(射频辉光放电等离子体化学气相沉积 )设备沉积类金刚石膜 ,并对膜的力学、光学、化学性能进行了分析。表明用该设备制备的类金刚石膜具有显微硬度高、磨擦系数小、膜基结合力高、对红外有良好的增透性 ,并且耐磨耐蚀、化学稳定性好。

大气压射频等离子体化学气相沉积TiO_2体系的发射光谱诊断

开展了大气压射频(RF)等离子体化学气相沉积(PCVD)TiO2放电体系的发射光谱诊断研究,分别考察了氧气分压、钛酸四异丙酯(TTIP)分压和输入功率对氧原子谱线相对强度、氩原子激发温度、OH振动温度以及转动温度的影响.结果表明:随着氧气分压的增加,氧原子谱线相对强度先迅速增加至峰值后缓慢下降,OH振动温度缓慢增加,而氩原子激发温度和OH转动温度基本不变.随着TTIP分压的增加,氧原子谱线相对强度下降,氩原子激发温度没有明显变化,而OH振动温度和转动温度增加.随着输入功率的增加,氧原子谱线相对强度下降,氩原子激发温度、OH振动温度和转动温度升高.

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。

金刚石的射频喷射等离子体化学气相沉积及其Ni-N掺杂的研究

对自行设计的RF喷射等离子体增强化学气相沉积系统(RF plasma jet CVD)进行了电子温度和电子密度的模拟计算分析。在优化的参数下进行了金刚石膜体的制备,并应用光发射谱技术(OES)在线分析了等离子体的成分。通过Raman、XRD和SEM分析了沉积样品的成分、晶体结构和形貌。通过在反应气体中加入NH3,并利用载气技术将含有Ni元素的金属有机物引入到沉积区,进行了Ni、N共掺杂沉积。利用XPS以及PL谱分析了掺杂样品的化学价键和光致发光特性,结果发现Ni-N价键的存在以及在800 nm附近的光发射峰。

取向碳纳米管阵列的等离子体复合化学气相沉积法制备

采用热丝和射频等离子体复合化学气相沉积技术,用旋涂法制备负载催化剂的硅片衬底,以CH4为碳源制备出取向碳纳米管阵列薄膜.利用扫描电子显微镜对不同还原时间和不同N i(NO3)2浓度下制备的催化剂基片和取向碳纳米管阵列薄膜进行形貌分析,用透射电子显微镜和拉曼光谱对碳纳米管进行表征.结果表明,在H2-N2气氛中热还原后硅片上的催化剂粒径均匀,排列致密,利用该法制备的碳纳米管为竹节型多壁碳纳米管,管径分布均匀,管长约5μm.碳纳米管阵列薄膜垂直于硅片衬底生长,生长排列均匀致密,具有良好的取向性.

新型射频等离子化学气相沉积系统

设计了一种射频电极作为基板支架的射频等离子体化学气相沉积系统.其温度可达700℃,负偏压是可调的.并以沉积的TiN膜的取向为例说明了系统的工作情况.

射频等离子体聚合类聚乙烯氧抗菌功能材料的研究

以乙二醇二甲基醚为单体,采用射频等离子体化学气相沉积的方法制备类聚乙烯氧(PEO- like)功能材料。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角测量仪等对材料的化学成分及表面性能进行了测试,研究等离子体工艺参数对PEO-like薄膜化学成分的影响。材料生物测试的结果表明:制备的PEO-like薄膜能够较好地阻抗血小板的吸附。

热丝和射频等离子体化学气相沉积法制备定向碳纳米管薄膜

采用热丝和射频等离子体复合化学气相沉积设备（PKHF-CVD），以CH4、H2和N2为反应气体，在较低衬底温度下（500℃），用简单的催化剂制备方法——旋涂法在硅片上涂覆Ni（NO3）2溶液，经热处理及H2还原后的Ni颗粒为催化剂，在硅衬底上制备出了垂直于硅片且定向生长的碳纳米管薄膜。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）结果显示，1mol／l的硝酸镍溶液旋涂硅片所得催化剂制得的碳纳米管管径为30-50nm，长度超过4μm，定向性好，并用拉曼光谱（Raman）对不同摩尔浓度Ni（NO3）2溶液条件下制备的碳纳米管薄膜样品进行了表征。

射频等离子体功率参数对硅基发光薄膜生长与结构的影响

采用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)技术,以SiH4和Ar的混合气体为源气体,在石英玻璃衬底上制备了硅基发光薄膜.利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)对薄膜的形貌、结构和性能进行了表征,并利用发射光谱(OES)对薄膜等离子体生长过程进行了分析.研究结果表明,随着射频功率的增加,等离子体发射光谱中Hβ谱线强度激增,薄膜的红外光谱中Si—O键在1095cm-1处振动吸收峰强度减小,Si—Si键在613cm-1处特征吸收峰强度增加,说明射频功率增加加剧了硅烷的裂解与氧化硅的还原,提高了薄膜结晶度和纳米晶粒的融合度,并降低了沉积薄膜的表面粗糙度.

高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

报道了采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)制备高效率单结微晶硅电池和非晶硅/微晶硅叠层电池时几个关键问题的研究结果,主要包括:1)器件质量级本征微晶硅材料工艺窗口的确定及其结构和光电性能表征;2)孵化层的形成机理以及减小孵化层的有效方法;3)氢稀释调制技术对本征层晶化率分布及其对提高电池性能的作用;4)高电导、高晶化率的微晶硅p型窗口层材料的获得,及其对减小微晶硅电池p/i界面孵化层厚度和提高电池性能的作用等.在解决上述问题的基础上,采用高压RF-PECVD制备的单结微晶硅电池效率达8.16%,非晶硅/微晶硅叠层电池效率11.61%.

射频等离子体辅助化学气相沉积方法生长碳纳米洋葱

用射频等离子体辅助化学气相沉积方法生长碳纳米洋葱 .电子显微镜观察表明 ,产物中无碳纳米管等伴随生成 ,因而制得了较高产率、较高纯度的纳米洋葱 .尤其是Co SiO2 催化剂生长的碳纳米洋葱 ,实心、光滑 ,且内无催化剂颗粒 ,其外层由未闭合的、呈波浪状的石墨片构成 ,显示出与众不同的微观结构和性能 .提出了该方法中碳纳米洋葱的生长机理为碳笼由里向外嵌套形成球形粒子 .对波浪状、非闭合结构的形成过程进行了讨论 .

RF等离子体聚合类聚氧化乙烯(PEO-like)功能薄膜研究

采用射频等离子体,以乙二醇二甲基醚(Ethylene Glycol Dimethyl Ether)为聚合单体,用氩气作为工作气体,合成类聚氧化乙烯(PEO-like)官能聚合物。实验采用连续和脉冲射频等离子体两种放电模式聚合PEO功能薄膜,研究了等离子体放电参数:等离子体放电功率、工作气压、放电模式(连续或脉冲)和聚合时间对聚合物表面结构、官能团含量以及表面特性等影响。利用接触角测试仪、表面张力仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、膜厚仪和X-射线光电子能谱(XPS)等多种手段对聚合薄膜的组成、结构和性能进行了表征。结果表明,较小的功率以及较长的脉冲条件下有利于EO基团的形成。

射频放电辅助热丝CVD金刚石生长速率的研究

在传统的HFCVD系统中,引入射频电源后,通过与灯丝或者衬底的连接,组成了射频放电辅助下的四种不同沉积金刚石的生长模式。在各种生长模式下,分别以酒精和丙酮为碳源,沉积出了金刚石多晶球,并就不同辅助模式下的金刚石的生长速率进行了研究。结果表明,等离子体增强法能够明显促进金刚石的生长,而电子促进法的生长速率最慢,甚至慢于偏压等离子体的生长速率;与等离子体促进增强法相比,偏压等离子体增强法的生长速率也有所变慢,并且随着偏压射频电流的增大,其生长速率越来越慢;而传统热丝法的生长速率与沉积金刚石时所选用碳源的分子结构有很大的关系。

利用13.56MHz射频PECVD技术高速沉积器件级质量的μc-Si:H薄膜材料

利用13.56MHz射频等离子体增强化学气相沉积(RF PECVD)技术,高速沉积器件级质量的微晶硅(μc Si:H)薄膜,研究了沉积压力、射频功率、电极间距、氢稀释度等参数对沉积速率的影响.通过选择适当的沉积参数,得到了沉积速率为0.3～0.4nm/s的μc Si:H薄膜材料,薄膜的暗电导为10-7S/cm量级,光电导与暗电导之比近似为2个量级,电导激活能为0.52eV左右.所得的μc Si:H薄膜材料稳定性好,达到了器件级质量.

射频PECVD方法生长含氢非晶碳膜的结构及摩擦学性能

利用射频等离子体增强化学气相沉积技术在不锈钢表面制备了含氢非晶碳膜.采用Raman光谱、红外光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜等研究了薄膜的微观结构和表面形貌,在栓盘摩擦磨损试验机上考察了薄膜在不同载荷与滑动速度下的摩擦学性能.结果表明:所制备的含氢非晶碳膜具有典型的类金刚石结构特征,薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;薄膜与不锈钢球对磨时显示出良好的抗磨减摩性能;薄膜的抗磨减摩性能同对磨件表面上形成的转移膜以及摩擦过程中薄膜结构的石墨化相关.

射频功率对富硅-氮化硅薄膜结构及性质影响

采用等离子体增强化学气相沉积法,以SiH_4、NH_3和N_2为反应气源,通过改变射频功率制备富硅-氮化硅薄膜材料。利用傅里叶变换红外吸收光谱,紫外-可见光透射光谱,扫描电镜等对薄膜材料结构与性质进行表征。实验表明,随着射频功率的逐渐增加,薄膜光学带隙缓慢减小、有序度增加,薄膜材料中的Si-H键、N-H键缓慢减小,Si-N键增多。分析结果发现,适量的增加射频功率有利于提高样品反应速率,使薄膜有序度增加,致密性增强,提高薄膜质量,但过高的射频功率会使薄膜质量变差。

热丝辅助MWECR-CVD法沉积氢化非晶硅薄膜研究

为了降低a-Si:H薄膜中的氢含量,提高其稳定性,在我们MWECR-CVD系统中引入了热丝装置,热丝对等离子体的热辐射使等离子体升温,既促进了气体的进一步分解和电离,获得较多的低氢原子基团,也减少了活性高硅烷聚合物的生成,从而使薄膜中的(SiH2)n的含量降低。同时,热丝对样品表面提供的热辐射和光辐射也可以进一步降低薄膜的氢含量。实验结果表明,用这种装置沉积的a-Si:H薄膜,氢含量可降低到4.5at%左右,稳定性明显增强,光敏性也有一定改善。