用热丝CVD技术制备场发射冷阴极金刚石薄膜(英文)

以甲烷和氢气的混合气体为原料 ,用热丝化学汽相淀积法 ,在 ( 1 0 0 )硅衬底上 80 0℃温度时异质生长出适合场发射的金刚石薄膜 .然后用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜和喇曼光谱仪等对其进行了分析 ,结果表明 ,所制备的薄膜是多晶金刚石 ,而且在 ( 1 1 1 )晶相择优生长 .在扫描电子显微镜下 ( 1 1 1 )晶粒的外形几乎都是四面体结构 ,具有很多尖端 ,可以加强一定电压下的电场 。

热丝CVD法在单晶硅衬底上低温外延生长Si和Ge薄膜的研究

采用热丝CVD法在单晶Si衬底上进行了Si和Ge薄膜的低温外延生长,用XRD和Raman谱对其结构性能进行了分析。结果表明:在衬底温度200℃时,Si(111)单晶衬底上外延生长出了Raman峰位置为521.0cm-1;X射线半峰宽(FWHM)为5.04cm-1。结晶质量非常接近于体单晶的(111)取向的本征Si薄膜;在衬底温度为300℃时,在Si(100)单晶衬底上异质外延,得到了Raman峰位置为300.3cm-1的Ge薄膜,Ge薄膜的晶体取向为Ge(220)。研究表明热丝CVD是一种很好的低温外延薄膜的方法。

等离子体-热丝CVD技术制备多晶硅薄膜

采用热丝化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积相结合的技术制备了多晶硅薄膜 ,通过 Raman散射、XRD、吸收谱等手段研究了薄膜结构和光学性质 .结果表明 ,与单纯的热丝和等离子体技术相比 ,等离子体 -热丝CVD技术在一定条件下有助于薄膜的晶化和提高薄膜均匀性 .Auger谱研究表明等离子体的引入大大降低了硅化物在高温热丝表面的形成 .

采用热丝CVD法在多种基材上沉积金刚石薄膜

热丝法是一种比较成熟的气相合成金刚石膜的方法,与其它方法比较,热丝法在工艺参数对金刚石薄膜的结构和质量的影响、界面的形成、薄膜生长各阶段的特征等方面的基础研究及各种应用研究上有其独特的优越性.木文采用热丝法在SiC晶须增强Si_3N_4.陶瓷、AIN陶瓷、Si单晶片、Cu片、Mo片等基材上沉积出金刚石薄膜,并通过TEM和SEM进行观察,分析和研究了影响金刚石薄膜沉积的因素.

热丝CVD法高速生长金刚石膜研究

使用热丝ＣＶＤ法研究了碳源种类、氧气含量、灯丝温度、基底与灯丝间距离及异常辉光放电等对金刚石膜生长速度的影响，在此研究的基础上，优化工艺参数，使热丝ＣＶＤ法生长金刚石膜的速度提高到２０μｍ／ｈ。

热丝CVD法金刚石薄膜宏观内应力分析

研究了热丝ＣＶＤ法金刚石薄膜本征内应力随甲烷的体积分数（０４％～１２％）、生长温度（８００℃～１０００℃）等生长工艺参数的变化关系。在所研究的工艺参数范围内，金刚石薄膜的本征内应力为拉应力。拉应力值随着碳源浓度的升高近乎呈线性减小；在生长温度为９００℃时最小，升高或降低生长温度都会增大。这一变化关系可用薄膜中非金刚石碳含量和晶粒度大小对内应力值的影响进行解释。

热丝CVD金刚石薄膜涂层工具的制备技术及应用研究

本文通过电子增强热丝CVD方法在硬质合金基体上沉积金刚石薄膜 ,对硬质合金基体进行酸洗、表面研磨处理后用气相沉积方法沉积约 1μm厚的金属W膜层 ,在形核初期采用逐渐升高的偏流以去除表面形成的非晶C膜 ,并增加金刚石的形核密度和增强W的扩散作用 ,形成多种W -C化合物以增强金刚石薄膜与硬质合金基体的结合力 ,通过这种工艺制备了与基体结合力良好的金刚石薄膜。采用两种途径制备金刚石薄膜涂层工具 ,其一为在YG6硬质合金圆片上沉积约 80 μm的金刚石薄膜 ,经激光切割成 6mm× 6mm的合金片 ,用砂轮抛光 ,焊接在钢制刀柄上 ,经刃磨后制作成木工工具刀头 ;另一是直接在YG6硬质合金钻头这种复杂形状工具上沉积约 10 μm厚的金刚石薄膜制成金刚石工具。对两种工具分别进行使用性能测试 ,木工工具用于加工Al2 O3 复合木地板 ,测试结果表明金刚石薄膜涂层木工工具与硬质合金工具相比 ,使用性能有明显提高 ,寿命提高一倍以上 ,但由于刀刃后角处无金刚石层保护 ,使用中出现明显的后角磨损 ,未能达到理想效果 ;金刚石涂层钻头用于加工硬质合金时在使用初期有明显效果 ,但由于磨损很快 ,使用寿命低 ,经观察分析 ,主要是由于金刚石膜晶粒粗大造成表面光洁度不高 ,使用中刀刃处的金刚石薄膜涂层易于出现应力集中?

辅助偏压等离子体热丝CVD方法制备金刚石薄膜的研究

利用热丝CVD工艺制备金刚石薄膜已被广泛证实 ,热丝CVD工艺具有许多优点 ,但也存在诸多不足 ,如成核困难 ,生长速率低 ,原材料浪费大等。为了弥补以上不足 ,我们采用在热丝CVD工艺基础上同时施加含有一定直流偏压成分的射频电场 (DC +rf)来制备金刚石薄膜。所施偏压中的直流成分大大增强了光滑非金刚石衬底表面的金刚石成核效应 ,提高了金刚石的成核密度。我们知道 ,高质量的金刚石薄膜是一个很好的绝缘体 ,因此在金刚石薄膜生长过程中 ,在薄膜表面积累有大量的正电荷 ,这些正电荷的存在它将排斥其它正离子的到来 ,致使薄膜生长率越来越低 ,这正是为什么目前使用的热丝CVD工艺中 ,只在成核阶段施加直流偏压 ,而不能在整个生长过程中施加偏压的原因。在金刚石薄膜生长过程中施加射频偏压后 ,在射频电压的一个周期内有一定的时间是电子轰击样品表面 ,中和了样品表面的正电荷 ,消除了排斥作用 ,达到了提高生长速率之目的。另一方面 ,在金刚石薄膜生长过程中施加直流偏压和射频偏压 ,将不断地有离子轰击样品表面 ,把表面生长的非金刚石相溅射掉 ;同时由于定向电场的作用 ,使离子的结合有一定的倾向性生长 ,使金刚石晶粒生长趋于一致的方向 ,保证了金刚石薄膜的成膜质量。

热丝CVD系统的温度场及基底表面的温度分布

基于一简单模型和叠加原理，分别研究了单丝和多丝化学气相沉积（ＣＶＤ）系统的温度场及基底表面的温度分布。由此得到沉积区域基底表面的温度分布以及金刚石薄膜的生长率与基底温度的关系曲线而得到基底表面的生长率分布。

热丝CVD法生长纳米金刚石薄膜的研究

系统地研究了热丝CVD法中反应气体压力对沉积产物金刚石薄膜的形貌和拉曼谱图的影响,提出了热丝CVD生长纳米金刚石薄膜的新工艺,并在50mm硅片上沉积得到高质量的多晶纳米金刚石薄膜。高分辨透射电镜分析表明,薄膜的晶粒尺寸约为10nm,〈111〉晶面间距为0.2086nm,与标准值0.2059nm很接近,晶粒周围由非晶结构包围。紫外激光拉曼光谱有尖锐的金刚石峰和明显的石墨峰。

热丝CVD生长金刚石薄膜研究

本文研究了热丝ＣＶＤ方法生长金刚石薄膜过程中，衬底表面的损伤处理对金刚石薄膜光学性能的影响，以及膜中非本征杂质吸收对其红外光学特性的影响。

热丝CVD法制备C-N薄膜的结构分析

用热丝 CVD法 ,以甲烷、氮气和氢气为气源 ,在 Si( 1 1 1 )衬底上沉积了C- N薄膜。用 X射线光电子谱 ( xps)、喇曼光谱 ( RS)、X射线衍射 ( XRD)和扫描电镜( SEM) ,对 C- N薄膜的结构及生长速率进行了分析研究。结果表明 :C- N薄膜的结构为非晶态 ,同时含有金刚石和石墨相 ;氮以三种不同的化学键合状态存在于膜中 ,其中 β键合状态的结合能与晶态 β- C3N4的结合能接近 ;随混合气体中氮气含量增加 ,C- N薄膜的生长速率减小。

真空镀膜机改装成热丝CVD系统

通过重新设计和改造镀膜室 ,增添新引线和引进进气系统 ,将蒸发镀膜装置改装成新型热丝 CVD(化学气相沉积 )系统 .性能参数测试结果表明 ,改装后的装置完全达到化学气相沉积系统的要求 ,能进行金刚石、BCN材料等物质的化学气相沉积 ,同时也完好地保留了原有真空镀膜的功能 .

热丝CVD沉积金刚石薄膜时的等离子体空间分布研究

采用热丝化学气相沉积(chemical vapordeposition,CVD)的方法,以丙酮为碳源生长金刚石薄膜时,利用等离子体发射光谱对生长过程中的等离子体空间分布进行了在线诊断。采用SEM,Raman光谱分别对沉积金剐石膜表面、断面的形貌和质量进行表征。光谱分析表明,对于线性阵列布丝情况下,中心区域与边缘区域的基团分布存在差异,中心区温度高,裂解能力强,基团强度高于两边,但中心区域基团特征峰强度的变化比等离子球平缓的多;距离热丝越远,热辐射减小,从丙酮分子中裂解出CH和CO等基团以及由原子H激发的H_β与H_α等强度降低,反而使得复合生成的C2基团增加。SEM测试结果表明,当丝基间距为4.5,5.5,6.5 mm时,所沉积的金刚石薄膜表面由致密规则晶面向混乱转变,且单位时间内的生长速率也依次降低,此外,Raman光谱表明随着纵向间距的加大,金刚石薄膜的质量随之降低。这与诊断结果中CH和CO强度的降低,C_2基团强度增加及基团C_2/H_α比强度下降相吻合。

热丝CVD工艺参数对GeSi薄膜键结构影响的研究

对高H2稀释比条件下热丝CVD法制备GeSi薄膜的工艺参数对薄膜的键结构的影响进行了研究。用Raman谱和FT-IR谱对薄膜中非极性键(Ge—Ge、Ge—Si和Si—Si)相对含量的变化和极性键(Ge—H、Ge—H2、Si—H等H键)相对含量的变化进行了分析。研究结果表明,热丝CVD工艺参数对制备的GeSi薄膜中非极性键和极性键的影响规律是不同的。热丝温度和锗烷硅烷流量比(RS/G)对非极性键相对含量的变化均有影响。随着热丝温度上升Ge—Si和Si—Si相对含量均增加。随着RS/G增加Si—Si相对含量一直增加,Ge—Si相对含量先增加,当RS/G>1.4时开始下降。但热丝温度和RS/G对H键的影响规律有很大不同:随着RS/G增加,Si—H键的相对含量增加,Ge—H和Ge—H2键的相对含量减少,而热丝温度对H键相对含量基本无影响。

热丝CVD法制备大面积高质量自支撑金刚石厚膜

采用热丝CVD方法,在Ф110mm的钼基体上,以丙酮为碳源,在高纯氢的作用下,成功地合成了高质量自支撑金刚石厚膜。X射线、SEM和拉曼光谱分析表明,所合成金刚石厚膜质量均匀,晶体单一、完好、纯度高,生长速度快,已接近制备实用化的金刚石膜的要求。

热丝CVD法金刚石膜生长速度研究

本文使用热丝ＣＶＤ法着重研究了基底表面的处理、工作气压、碳化物的含量、基底温度、灯丝温度以及基底与灯丝间距离等对金刚石膜生长速度所产生的影响，并在以上研究的基础上采取措施，优化工艺参数。

直流辉光等离子体助进热丝CVD法沉积金刚石薄膜

采用直流辉光等离子体助进热丝 CVD的方法 ,低温 ( 5 5 0～ 6 2 0℃ )沉积得到晶态金刚石薄膜 .经X射线衍射谱、扫描电子显微镜及 Raman光谱分析表明 :稍高气压有利于金刚石薄膜的快速、致密生长 .

热丝CVD法制备大面积金刚石薄膜基片的变形

采用热丝CVD法制备的大面积金刚石薄膜存在基片变形严重的问题,通过对热丝CVD设备和沉积工艺进行改进,成功解决了直径76mm、厚度0.4mm硅片的变形问题。结果表明:改进后金刚石薄膜基片的翘曲度为0.296%,比改进前的降低了88.9%;改进后金刚石薄膜的质量及晶粒大小均匀,膜厚不均匀度仅为1.53%,具有优异的大面积均匀性。

热丝CVD法制备金刚石涂层刀具的研究现状

金刚石涂层刀具具有优异的硬度、耐磨性及导热性,在军事、航空航天等高精尖应用领域加工石墨、高硅铝合金、碳纤维增强塑料等难切削材料时无可替代,但目前金刚石涂层刀具存在两个问题:一是涂层与刀具间膜基结合力较差,导致涂层在使用中过早脱落;二是涂层表面粗糙度较大,难以保证被加工面的平整度与尺寸精度。本文从增强涂层结合力与降低涂层粗糙度两方面,将近年来科研人员对HFCVD法制备金刚石涂层的研究成果加以综述,并分析了各种因素对金刚石涂层刀具性能的影响。