高质量金刚石膜在无氧铜衬底上的MPCVD

本文采用高纯无氧铜 (Cu)片作为基片 ,用自行设计的微波等离子体化学气相沉积系统 ,制备出了高质量多晶金刚石膜。用场发射扫描电子显微镜 (SEM)、Raman散射谱和X射线衍射谱 (XRD)对制备的金刚石膜进行了表征与分析 ,其结果证明金刚石膜具有较优的质量。

不同衬底对金刚石-石墨烯复合薄膜场发射性能影响研究

金刚石薄膜因其高导热性、负电子亲和势、低功函数和长期稳定性的特点被认为是一种很有潜力的场电子发射阴极材料。金刚石薄膜沉积在衬底上后,在不破坏金刚石薄膜自身结构完整性的前提下很难将其剥离。因此在场发射性能测试中一般是将金刚石薄膜和衬底作为整体测试,而衬底和金刚石薄膜间存在界面势垒,界面势垒对场发射性能的影响不可忽略。目前针对金刚石薄膜与衬底界面对场发射性能影响的研究相对较少,需要更多的关注和研究。分别以单晶硅、金属铌、金属钼为衬底,采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法生长制备了金刚石-石墨烯复合薄膜。对金刚石-石墨烯复合薄膜微观形貌、成分含量等进行了表征并研究了其场发射性能。研究结果表明,不同衬底对复合薄膜场发射性能影响显著,以金属铌衬底制备的复合薄膜表现出低开启场(E_(0)=2.5 V/μm)和较高发射电流密度(J@5.3 V/μm=1.9 mA/cm^(2))。此研究为获得更优场发射性能的金刚石-石墨烯复合薄膜提供了新的思路。

金刚石薄膜在氧化铝陶瓷上低压成核

在微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）系统中,用低压成核方法,在氧化铝陶瓷基片上获得了高成核密度的金刚石薄膜.实验表明,金刚石成核密度随系统压强减小而提高.在此基础上,提出一种MPCVD系统中金刚石成核的动力学模型,并指出对应于最高成核密度有一临界压强存在.

微波等离子体CVD法在非平面基体上生长金刚石膜

介绍了在微波等离子体CVD装置中,用甲烷和氢气作为原料,在非平面基体(如钨丝、钻头、铣刀等)上生长金刚石薄膜的研究。在金刚石沉积过程中,由于"尖端效应",在基体的尖端很难沉积出金刚石膜。在采用金属丝屏蔽后,克服了"尖端效应",成功地在非平面基体上沉积出了金刚石膜。用扫描电镜(SEM)和激光拉曼光谱(Raman)分析了金刚石膜的形貌和质量。结果表明:非平面基体不同位置金刚石的晶形不同,晶粒比较细小,膜的质量较高。

金刚石膜在Si(100)衬底上的选择沉积

采用自行设计的微波等离子体化学气相沉积系统,利用铜网作为模板实现了在sj(100)衬底上金刚石膜的选择沉积。用场发射扫描电子显微镜(SEM)、Raman散射谱对样品进行了表征与分析。并与同样生长条件下未采用模板时得到的金刚石样品进行了比较。结果发现,采用模板后,金刚石膜的成核密度和质量都得到很大提高。

基于玻璃碳基底的超薄自支撑多晶金刚石膜制备

选取Ti、Si、玻璃碳3种基底,采用微波等离子体化学气相沉积技术,以CH_(4)/H_(2)为反应源制备超薄多晶金刚石膜。通过SEM、Raman、台阶仪表征并分析所制备的金刚石薄膜整体形态、表面(断面)形貌、组成、应力状态等。结果表明:仅以玻璃碳为基体生长的金刚石膜能自动剥离形成完整自支撑体,且薄膜表面晶粒的晶面显形清晰,膜厚仅为10μm;Raman光谱表征表明薄膜呈强的尖锐金刚石特征峰,且计算的残余应力最低,仅有−0.2161 GPa。可为超薄自支撑CVD金刚石膜的一步法生长-剥离提供新的技术途径。

MPCVD装置基片台改进对金刚石薄膜均匀性的影响

通过对实验室自主研发的10 k W新型微波等离子体装置基片台的改进,获得了更高的基片温度,更长的保温时间以及更均匀的基片温度。用直径为80 mm的硅片在改进后的基片台上用MPCVD法沉积大面积金刚石膜。在微波功率为5 k W,沉积气压为5.6 k Pa环境下基片中心获得900℃的基片温度,沉积时间8 h。实验后对硅片中央区域,距离中心20 mm区域,距离基片中心35 mm区域进行对比分析,通过SEM显示三个区域金刚石膜的表面形貌差异很小,通过拉曼光谱观察到在1 332 cm-1处代表金刚石相的特征峰无明显的变化从而确定可金刚石膜在质量上的均匀性,最后对金刚石的厚度表征发现所观察的区域内膜厚变化保持在0.2~0.4μm之间且金刚石呈现柱状生长模式。

大尺寸石墨基BDD涂层电极的MPCVD法沉积

针对具有工业化应用前景的大尺寸掺硼金刚石(BDD)电极难于用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术制备的问题,通过以热等静压(HIP)石墨片取代传统的硅基体,结合预涂覆金属过渡层及采用适于大面积生长的高功率碟形腔型MPCVD装置,沉积生长直径达100 mm的石墨基掺硼金刚石(BDD)涂层电极。BDD薄膜沉积前,使用热化学气相沉积(TCVD)工艺在石墨基体表面预镀覆金属铌作为过渡层,以避免金刚石沉积阶段石墨基体剧烈氢刻蚀,提高金刚石形核率并增强膜材致密完整性;MPCVD沉积BDD工艺条件为CH_(4)浓度3%、乙硼烷掺杂源浓度B/C为7500×10^(-6)、微波功率7.5 kW、沉积气压10.5 kPa、基体温度860℃、生长时间10 h。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)等技术对所制备薄膜进行表征,SEM表征表明在直径100 mm石墨基片上生长的BDD厚度达13μm,晶粒尺寸约10μm,且为典型的柱状晶结构;拉曼光谱中仅存在金刚石和与硼掺杂相关的特征峰,而XRD图谱揭示所制备样品为纯净的金刚石相。同时不同区域的SEM和Raman检测结果显示BDD在整个直径100 mm的区域内覆盖完整,且有较好的均匀性和一致性。循环伏安扫描曲线结果显示该石墨基BDD具有较大电势窗口(2.8 V),保持较高的电化学反应活性和较好的稳定性。本文研究表明采用合适的基材和预处理技术,可通过MPCVD方法获得大尺寸高质量的BDD涂层电极。

系统压强对微波等离子体化学气相沉积金刚石成核的影响(英文)

为了在氧化铝上制备 (100)定向织构的金刚石薄膜，必须先提高金刚石的成核密度。在微波 等离子体化学气相沉积（ MPCVD）系统中，采用低压成核的方法，在氧化铝陶瓷上沉积出高成核密 度的金刚石薄膜。扫描电镜显示其成核密度可达 108 cm－ 2。在此基础上，沉积出（ 100）织构的金 刚石薄膜。