DLC膜对金刚石纳米柱NV色心发光收集强度的影响

金刚石氮空位(NV)色心发光收集强度的提高是实现单光子源技术的关键。本工作将锥状的类金刚石(DLC)梯度减反膜引入纳米柱色心单光子源中,旨在从色心的自发辐射速率与光子收集效率两方面提高NV色心的发光收集强度。采用时域有限差分(FDTD)法对带有DLC膜的金刚石纳米柱复合结构进行了光学仿真,探究了不同结构参数的DLC薄膜对金刚石纳米柱NV色心光子收集强度、出射效率及自发辐射速率的影响,并且通过优化得到了最大收集强度下的结构参数。仿真结果表明,引入DLC膜能够使金刚石纳米柱中NV色心获得更高的光子出射效率(≥1%),并且能够改变纳米柱内部电场分布,使色心自发辐射速率增加16.8%,最终使光子的总收集强度增加15.5%。

纳米金刚石膜/{100}晶面多晶金刚石膜台阶法快速生长研究

通过高功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)以及台阶式基底排列方法,可以在一次沉积过程中同时沉积纳米晶粒及<100>取向的{100}面多晶金刚石薄膜。详细比较在同一次沉积中同时制备的多种不同类别的金刚石产物的生长速率。采用台阶法并添加少量空气,微波功率从2.0k W增加至3.2 kW,在下面大硅片上生长的纳米金刚石膜的平均生长速率可从0.3μm/h增大到3.0μm/h;而在上面小硅片上生长的纳米金刚石膜的平均生长速率从3.8μm/h也增加到11.2μm/h,同时产物也转变为{100}晶面的多晶膜。另外,在上面小硅片上生长的金刚石膜的边角效应明显,在边界生长的金刚石产物的生长速率更高,从17.0μm/h增大到27.1μm/h。该结果表明少量氮气和氧气同时添加对金刚石生长的形貌多样性调节作用和对生长速率的提升作用强烈依赖于生长条件。

用于二次电子发射阴极的纳米金刚石膜

为获得导电性和二次电子发射性能均好的金刚石阴极材料,分别以CH4/Ar/H2、CH4/N2及CH4/N2/H2混合气体作为反应气源,用微波等离子化学气相沉积(MWPCVD)法制备出不同组成结构特点的纳米金刚石薄膜。XRD和Raman检测表明3种气源条件下得到的膜材均为金刚石多晶膜,但用CH4/N2反应源沉积的膜材中非金刚石相成分明显更多;AFM分析证实所有膜层的平均晶粒尺寸均在100nm以下,属纳米晶金刚石膜。用自行设计的二次电子发射系数测量装置对比检测所得膜层的二次电子发射特性,结果表明各金刚石膜均在初级入射电子能量达约1keV时,有最高的二次发射系数(δmax);并且以CH4/Ar/H2反应源制备的金刚石相纯度最高的膜材的δmax最大,达到17左右,是适用于二次电子发射阴极的潜在材料。

用氢气／甲醇混合气体在微波等离子体CVD中合成纳米晶粒金刚石膜(英文)

用微波等离子体增强化学气相沉积方法(MPECVD),利用氢气和甲醇的混合气体,在硅片上沉积出纳米晶粒的金刚石薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)及扫描隧道显微镜(STM)对薄膜的晶粒平面平整性及纯度进行了表征。通过SEM发现,提高甲醇浓度或降低沉积温度可以减小金刚石膜的晶粒尺寸。拉曼光谱显示薄膜中确实存在纳米晶粒的金刚石,并且薄膜的主要成分为金刚石。用AFM测得薄膜表面的粗糙度Rms<80nm,STM观测晶粒的平均尺寸在10-20nm之间。研究结果表明,用MPECVD方法,利用氢气和甲醇的混合气体是制备纳米晶粒金刚石膜的一种理想方法。

连续多试样纳米金刚石膜沉积设备及工艺

首先对热丝化学气相沉积(Chem ica l vapor depos ition,CVD)系统进行改造,设计了在真空室外对室内试样进行操纵的机械手系统和储料台,实现了一次热丝碳化后完成多个不同工艺条件下试样的连续沉积。有限元仿真研究结果表明,多衬底温度场比较均匀,适合于金刚石膜的生长。最后,采用改进沉积系统,在A r-CH4-H2气氛中,在多晶钼衬底上成功制备了纳米金刚石薄膜。R am an,XRD和AFM等结果表明,制备的金刚石纯度较高,晶粒大小在30 nm左右,表面光滑。

不同反应气源对制备纳米金刚石膜的影响

为确定两种典型的反应气源对制备纳米金刚石膜的影响,分别以CH4/Ar/H2及CH4/N2混合气体作为反应源,用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)法制备纳米金刚石薄膜.XRD和Raman分析表明两种气源条件下得到的膜材均为金刚石多晶膜,但用CH4/N2气为反应源沉积的膜材中非金刚石相成分明显更多;AFM和SEM对照分析证实所有膜层的平均晶粒尺寸及表面粗糙度均在几十纳米量级,但CH4/N2气源沉积的膜中容易形成异常长大的晶粒,不利于表面质量的提高.研究结果表明,以CH4/Ar/H2混合气体作为反应气源可制备物相组成纯度更高、表面形态更为优越的纳米金刚石膜.

MPCVD法纳米金刚石膜的制备及分析

利用MPCVD方法在玻璃基片上成功的制备了非常光滑、致密均匀的纳米金刚石膜。沉积工艺分为两步 :成核 ,CH4 /H2 =3% ;生长 ,O2 /CH4 /H2 =0 .3∶3∶10 0 ;沉积过程中保持工作压力为 4 .0kPa ,衬底温度 50 0℃。拉曼、透射电镜、红外光谱、表面轮廓仪等的测试表明 :膜层由纳米级金刚石晶粒组成 ,最大晶粒尺寸小于 10 0nm ,成核密度大于 10 11/cm2 。成核面晶粒的点阵常数较大 ,表明存在较多缺陷 ,表面粗糙度小于 2nm ,在可见光区完全透明 。

纳米金刚石薄膜的微结构和残余应力

采用双偏压热丝化学气相沉积法在不同栅极和衬底偏流下制备出纳米金刚石薄膜.采用Raman谱、SEM、AFM、纳米压痕法和XRD分析纳米金刚石膜的微结构、弹性模量和残余应力.分析结果表明,金刚石晶粒尺寸随着栅极和衬底偏流的增加而减小,而衬底偏流的加入会引起非金刚石成分的显著增加.金刚石晶界的畸变使得弹性模量随着栅极和衬底偏流的增加而减小,薄膜热应力也随之减小.晶界非金刚石成分引起金刚石本征应力呈压应力性质,晶界密度的增加使得本征应力随着栅极偏流的增加而增加,但衬底偏流引起薄膜抵抗变形能力剧烈下降,导致金刚石本征压应力的减小.

外延纳米金刚石膜及其场发射特性

研究了纳米金刚石外延薄膜的制备方法及其场发射特性。采用电泳方法将粒径20nm以下的纳米金刚石微晶沉积到Ti电极衬底上,用热丝CVD方法在纳米金刚石微晶薄膜上再外延生长一层含非晶碳金刚石薄膜。用Raman光谱研究了外延纳米金刚石薄膜的结构并在高真空条件下研究了其场发射特性。

基于硅过渡层纳米金刚石膜/GaN复合膜系的制备（英文）

本文研发了一种简便有效的在GaN半导体衬底上直接生长纳米金刚石膜的方法。研究发现,直接将GaN衬底暴露于氢等离子体中5 min即发生分解,且随着温度从560℃升高至680℃,这种分解反应愈加剧烈,很难在GaN衬底上直接形成结合力良好的纳米金刚石膜。通过在GaN衬底上镀制几纳米厚的硅过渡层,在富氢金刚石生长环境下,抑制了GaN衬底的分解,同时在GaN衬底上沉积了约2μm厚的纳米金刚石膜。硅过渡层厚度是决定纳米金刚石与GaN衬底结合力的主要因素。当硅过渡层厚度为10 nm时,纳米金刚石膜与GaN衬底呈现出大于10 N的结合力,可能与硅过渡层在金刚石生长过程中向SiC过渡层转变有关。

MPCVD方法制备军用光学元件纳米金刚石膜

介绍了用MPCVD方法制备纳米金刚石膜的工艺。用MPCVD方法实验研究了在光学玻璃上镀纳米金刚石膜:膜层厚度为0 4551μm,粒度小于200nm,表面粗糙度小于29 5nm,最大透过率为80%;平均显微硬度为34 9GPa,平均体弹性模量为238 9GPa,均接近天然金刚石的力学性能。与衬底材料表面应力-2 78GPa相比,具有较好的抗压和耐磨效果。

类金刚石碳膜在纳米划擦过程中的弹-塑性变形及断裂机制分析

利用纳米划痕仪研究了Ｔｉ合金表面类金刚石薄膜在划擦过程中的弹塑性变形和裂纹形成微观机制．结果表明：试样在划擦过程经历了薄膜变形、薄膜与基体共同变形和薄膜剥离３个阶段，对应的Ｐ—Ｄ曲线分别在划擦前后无变化、出现分离和急剧变化．在第三阶段中塑性变形量超过弹性变形量，在薄膜内部产生裂纹，薄膜与基体变形恢复不同步，薄膜发生剥落．因此，提高薄膜划擦抗力的有效途径是增强膜基的结合强度和提高薄膜的断裂韧性．

纳米非晶金刚石膜抗口腔白色念珠菌粘附作用的研究

目的:观察比较义齿基托镀用纳米非晶金刚石薄膜前后表面白色念珠菌粘附量变化情况,探索纳米非晶金刚石薄膜的抗菌可能性。方法:采用热凝牙托材料制作30mm×10mm×2mm标准试件10个,逐级抛光至1 200目。试件分成两组,每组5个,一组试件双面镀用纳米非晶金刚石薄膜作为实验组,一组不作处理作为对照组,60Coγ杀菌后试件置于试管中培养,观察其表面48h白色念珠菌粘附量差异,同时用扫描电镜观察细菌粘附情况。结果:实验组及对照组试件表面均存在白色念珠菌黏附,实验组明显少于对照组,两者存在显著性差异(P<0.01)。结论:纳米非晶金刚石薄膜能够显著降低义齿树脂基托表面白色念珠菌的粘附量,为其在口腔修复体上的进一步应用提供了实验依据。

基于LFM的类金刚石膜纳米摩擦现象研究

使用原子力显微镜(AFM)中的侧向力(LFM)模式对类金刚石膜纳米尺度的摩擦现象进行了研究,主要考察了载荷、微观形貌、粘附对类金刚石膜纳米摩擦性能的影响。首先结合粘附的影响提出了适用于外加载荷在100nN以下类金刚石膜纳米摩擦力表征的修正Amonton公式。其次,试验发现摩擦过程中表面接触峰的斜率对薄膜的微观摩擦力的影响较大,微观摩擦系数与倾角θ成正比例关系,最后结合两者给出了综合考虑载荷、表面形貌、粘附且可用于类金刚石膜纳米尺度摩擦力表征的数学方法。

直流电弧等离子体喷射法高速制备高质量纳米金刚石膜研究

利用直流电弧等离子体喷射法沉积装置在底径Ф65mm高5mm的Mo球面衬底上成功制备出纳米金刚石薄膜，文章研究了在稳定电弧状态下碳氢比对金刚石膜形貌的影响。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜及Raman光谱对样品的晶粒尺寸及质量进行了表征。研究结果表明：在稳定电弧状态下，通过提高碳氢比可以在Mo球面衬底上的表面高速沉积出高质量的纳米金刚石薄膜，晶粒尺寸大约为4-80nm，平均粒径27．4nm。

氧气流量对MPCVD制备微/纳米双层金刚石膜的影响

应用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术,以CH4/H2/Ar为主要气源,成功制备出了微/纳米双层金刚石膜。同时,在纳米膜层生长过程中,通过添加O2辅助气体,研究了不同O2流量对微/纳米金刚石膜生长的影响。结果表明,当O2流量在0-0.8 sccm范围时,所获得的金刚石膜仍为微/纳米两层膜结构;当氧气流量增加到1.2 sccm时,金刚石膜只有一层微米膜结构;而O2流量在0-1.2 sccm范围时,纳米层晶粒尺寸及品质与氧气流量成正比例关系。表明适量引入O2可以促进纳米层晶粒长大和提高膜品质。另外,当O2流量为0.8 sccm,所制备的微/纳米金刚石膜不仅品质好,而且生长率也较高。

金刚石膜生长法中石墨的纳米微团运动模型初探

利用扫描电镜分别观察了经高温高压处理后石墨在Ni70Mn25Co5合金和金刚石包膜中的形貌特征，分析了各种石墨形貌形成的原因，初步探索了金刚石膜生长法中石墨的纳米微团运动模型，为进一步研究金刚石生成机理提供了新的线索。

类金刚石碳膜的纳米划擦行为及其加载-卸载效应

用射频等离子体增强化学气相沉积方法在硅片上制备了类金刚石碳膜．利用纳米压入仪的划痕附件研究了薄膜的纳米划擦行为．结果表明：在划擦过程中，随载荷增加，薄膜先后经历弹性变形、弹塑性变形、加载开裂及卸载剥离三个阶段．在连续加载直至薄膜开裂的过程中薄膜未发生剥落，卸载后薄膜与基体变形恢复不同步，发生薄膜从基体上的脆性肃落．纳米划擦实验不仅能在加载阶段获得表证薄膜内聚强度的临界载荷．而且能检测卸载过程中薄膜附着抗力有关的临界载荷．是评价类金刚石薄膜划擦抗力的有效手段之一。

氩气浓度对热丝法化学气相沉积纳米金刚石膜的影响

采用热丝化学气相沉积方法,以Ar+CH4+H2混合气体作为气源,通过改变氩气浓度,在单晶硅(100)基片上沉积纳米金刚石膜;采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪等分析了纳米金刚石膜的形貌、微结构以及残余应力。结果表明:随着氩气浓度的增大,膜的晶粒尺寸逐渐减小到纳米级;由于晶粒细化导致膜内残余应力由拉应力变为压应力,并且压应力随氩气浓度的增大呈现先增大后减小的趋势;当氩气体积分数为98%时,即在贫氢的气氛中成功获得了平均晶粒尺寸为54 nm、均方根粗糙度约为14.7 nm的纳米金刚石膜。

纳米级类金刚石梯度膜机械特性研究

本文采用非平衡磁控溅射及等离子体源离子混合注入方法在奥氏体不锈钢 1Cr18N9Ti基体上制备N TiN Ti(N ,C) DLC梯度涂层。采用原子力显微镜 (AFM)及喇曼光谱等手段观察分析梯度膜的显微组织与相组成 ,同时采用了纳米压入技术评定膜层的力学性能。实验结果表明 ,采用此方法制备的金刚石膜组织致密 。