基于第一性原理方法研究基团在CVD金刚石薄膜(001)表面上的生长

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究CVD金刚石薄膜(001)表面的生长机理。计算清洁金刚石表面和氢(H)终止金刚石表面的构型。考察H原子和活性基团(C,CH,CH2和CH3)在清洁重构金刚石表面及在单层H终止金刚石表面上的吸附演变。结果表明:清洁金刚石表面发生了对称二聚体重构,H原子终止金刚石表面稳定了金刚石结构;基团在金刚石(001)表面吸附演变过程中,H原子起到激活石墨和萃取表面H原子产生活性位的作用;CH2基团比CH3基团能够更好地提高CVD金刚石薄膜的生长率,是薄膜生长过程中最有效基团;CH基团阻碍了薄膜的生长。

CVD金刚石膜{100}取向在改进化学反应模型下生长的原子尺度模拟

建立了CVD金刚石膜狖100狚取向生长过程中的化学反应模型,表面吸附生长机制以沟槽处碳氢组元加入的机制为主,并用改进的KMC方法在原子尺度上模拟了该模型下(100)表面的生长过程,给出了衬底温度和甲基浓度等操作参数对膜质量的影响。结果表明,该化学反应模型能够较实际地揭示狖100狚取向CVD金刚石膜的生长。

直流电弧等离子体喷射金刚石厚膜生长不稳定性问题

采用高功率直流电弧等离子体CVD工艺制备了不同厚度的金刚石自支撑膜。观察到在金刚石厚膜生长过程中出现形貌不稳定性 ,并往往导致膜层组织疏松 ,强度降低。本文从理论和实验观察两个方面进行了讨论。生长不稳定性在任何高速沉积CVD过程中都可能发生 ,而直流电弧等离子体的高温造成碳源高饱和度以及高温等离子体射流对衬底表面的冲击 ,使之比其它CVD金刚石膜沉积工艺具有更大的不稳定生长倾向。基于实验研究结果 ,建议在较低的气体压力下沉积 。

{100}织构化学气相沉积金刚石薄膜的取向生长过程

为了研究化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜生长过程中{100}织构的形成机理,采用X射线衍射、电子背散射衍射和扫描电镜研究了CVD自支撑金刚石薄膜的宏观织构、微区晶界分布和表面形貌。结果表明:金刚石薄膜以{111}面或{100}面为生长前沿面都能够形成{100}织构,但形成的表面形貌不同;通过吸附CH^(-)_(3)和CH^(3-)在{111}面堆积碳原子时,通过{111}面的层层堆垛形成{100}面,且{100}面平行薄膜表面,暴露在晶粒表面的晶面只有{111}面;通过吸附CH^(2-)_(2)在{100}面上堆积碳原子时,形成的{100}面平行于薄膜表面且作为晶粒大部分表面,晶粒显露的侧面为{111}面。

低压气相合成金刚石的机理研究新进展

本文第1部分评述了低压气相合成金刚石的进展。第2部分介绍了用表面分析方法和HREM对金刚石(111)和(100)面的生长机理,原子氢和氧对金刚石生长本身的影响,亚稳态条件下金刚石的晶形显露规律,硅衬底上的形核机理和初期生长规律进行研究所取得的重要进展。