非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积金刚石膜

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀,并研究了刻蚀机理。结果表明：电子温度为5～10 eV,离子温度为1 eV左右,而等离子体数密度在1010cm-3数量级。随气压的升高,电子和离子温度降低,而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀,优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中,离子的回旋运动特性得到了加强,有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀,有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。

微波等离子体化学气相沉积金刚石光谱分析

采用等离子体光谱分析微波等离子体化学气相(MPCVD)沉积金刚石过程中基团的空间分布及甲烷浓度变化时基团浓度的变化情况.实验过程中分别测量了氢原子的Hα(656.19 nm)、Hβ(486.71 nm)和Hγ(434.56 nm)谱线,以及基团CH(431.31 nm)、C2(515.63 nm)谱线.结果表明:氢原子和基团CH、C2的浓度沿等离子体柱的径向先增加再减小.随着甲烷浓度逐步增加,氢原子及基团CH、C2的浓度相应增加,其中C2基团所受影响最大.

图形化CVD金刚石膜的新方法——等离子体辅助固体刻蚀法

金刚石膜是一种具有巨大应用潜力的新型功能材料,但是它极高的硬度和化学稳定性使其难以被加工成型,因此如何对金刚石膜表面进行精确的图形化加工是实现制造金刚石器件的关键技术问题之一。在本研究中,我们用微波等离子体化学气相沉积法制备的金刚石厚膜,在其表面利用氢等离子体辅助刻蚀、铁薄膜的催石墨化作用下,对金刚石膜的形核面进行了选择性的刻蚀。结果表明,该方法具有较高的刻蚀速率(850℃,33.8μm/h),较高的刻蚀选择比,可以对CVD金刚石膜进行较精确的图形化刻蚀,还可通过调节铁薄膜的厚度来实现刻蚀深度的控制。对氢等离子体在整个过程中的作用进行了阐述。

高压微波氢等离子体Balmer线系的实验

采用压缩波导反应腔结构和热辅助激发的方式产生了可稳定运行于近一个大气压条件下的微波辉光氢等离子体,通过发射光谱诊断技术测量了连续放电过程中氢Balmer线系的Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线,并分析了谱线强度随气压的变化趋势及其机理.实验结果表明,氢Balmer线系的Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线的强度都有随着气压上升先升高后下降的趋势,等离子体的电子激发温度则是随着气压的升高先降低后趋向于稳定.

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜装置的研究进展

综述了各种微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石膜装置的结构及工作原理,并对它们各自的优缺点做了比较分析;基于MPCVD金刚石膜装置的发展现状,构想设计了一种新型高效的大功率大面积快速沉积CVD金刚石膜装置,并对其可行性做了初步分析研究。

微波等离子体化学气相沉积法制备石墨烯的研究进展

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法具有低温生长、基底材料选择广泛、容易掺杂等优点,是大面积、高速率、高质量石墨烯制备的首选。首先通过比较制备石墨烯的几种主要CVD方法得出MPCVD法的优势,然后阐述了MPCVD法制备石墨烯的研究,最后介绍了MPCVD法制备的石墨烯的应用并对MPCVD法制备石墨烯的发展趋势进行了展望。

星形微波等离子体化学气相沉积装置上类金刚石薄膜的制备

以甲烷、氢气和氧气为反应气体,分别在镜面抛光的单晶硅片和石英玻璃基片上制备了类金刚石薄膜,并用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱和傅立叶红外透射光谱仪等测试方法对薄膜的表面形貌、质量和光学性能进行了表征;通过对类金刚石(DLC)薄膜制备过程中碳源浓度、基片温度等参数的研究,掌握了工艺参数对薄膜性能的影响规律,并在此基础上成功地对薄膜的沉积工艺进行了优化.结果表明,当反应气体中的流量配比为甲烷∶氢气∶氧气=10∶100∶1,腔体压力和基片温度分别为0.5kPa和400℃,制备出的DLC薄膜表面光滑平整,薄膜中的纳米金刚石特征峰明显,在石英玻璃上沉积的DLC薄膜在3 000～4 000cm-1波数区间透光率超过80%,达到了光学应用要求.

溅射辅助微波等离子体化学气相沉积SiCN晶体

在微波等离子体化学气相沉积系统中,利用脉冲氮离子束溅射二氰二氨靶产生的碳氮粒子作为合成前驱物,在石英玻璃基片上研究了SiCN晶体的合成。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDX)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究了基片温度对薄膜的形貌、成分和结构的影响。结果表明:随着基片温度的降低,沉积物由截面为六方形的结晶良好的SiCN晶体(800℃)变成发育不完全的聚片状晶体(700℃),直到变成颗粒细小的无定形碳氮薄膜(550℃)。衍射峰的强度以及晶胞参数a和c的值随温度的降低而减小。薄膜为C原子部分取代Si3N4中的Si原子位置而形成的SiCN晶体,其中N原子主要与Si原子结合,C原子以sp3C—N、sp2CN和sp2CC键的形式存在。降低基片温度有利于提高薄膜中的C含量和sp3C—N键的含量。

等离子体改性对纳米碳管电化学检测性能的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法制备了与电极基底结合良好的纳米碳管电极,用空气等离子体将该纳米碳管电极功能化,并以功能化的电极为工作电极,利用循环伏安法对毒性很强的酚的混合物进行检测。根据氧化还原峰电位的不同可以区分出邻苯二酚和对苯二酚,与石墨电极相比,功能化的纳米碳管电极具有更好的电催化性能。利用该电极测定酚的混合物是一种准确、快速、有效的测定方法。合成纳米碳管电极的最佳工艺条件为:功率为400 W,压强为3.0 kPa,甲烷流速为2 mL/m in,氢气流速为50 mL/m in;功能化纳米碳管的最佳工艺条件为:功率为150 W,压强为1.0 kPa,空气的流速为50 mL/m in。

低气压直流辉光等离子体实验装置

介绍了低气压下直流辉光放电等离子体的实验装置,该装置具有结构合理、调节方便、测量参数多等特点,可在其上开展等离子体参数测量、等离子体激发机理研究等多项教学实验。

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。

MPCVD等离子体的发射光谱研究

在2.45GHz,800W微波等离子体化学气相沉积装置上,利用发射光谱对CH4/H2等离子体进行在线诊断,分析了等离子体中存在的基团,研究了甲烷浓度对各基团浓度及基团的空间分布的影响。结果表明:等离子体中存在CH,Hα,Hβ,Hγ,C2基团和Mo杂质原子,随着甲烷浓度的升高,各基团的发射光谱强度均有增加,其中C2基团强度显著增加。CH与Hα基团的发射光谱强度比值随甲烷浓度的增加变化不大,而C2与Hα基团的发射光谱强度的比值随甲烷浓度的增加而显著增大。另外,甲烷浓度的增加使得等离子体中各基团在空间分布的均匀性变差。

高气压微波氢等离子体发射光谱诊断

在2.45GHz,800W级的高气压微波等离子体放电系统中,通过测量不同微波功率和放电气压下氢等离子体的Balmer线系的发射光谱,从测量的谱线总展宽中卷积去掉具有高斯线形的Doppler展宽和仪器展宽得到谱线的Stark展宽,并通过Stark展宽测量氢等离子体的电子数密度和电场强度。结果表明:等离子体的电子数密度和电场强度随着放电气压的升高都是先增大后减小,随着微波功率的增加呈现逐渐增大的趋势。微波功率为800W时,气压在25kPa时电子数密度和电场强度都达到最大值,等离子体的电子数密度和内部的电场强度分别为3.55×1012cm-3及4.01kV/cm。

微波等离子体同质外延修复金刚石的研究

用微波等离子体化学气相沉积法同质外延生长了有缺陷的金刚石颗粒。在同质外延之前,研究了温度因素对金刚石生长表面形貌的影响,研究表明适宜金刚石同质外延的温度范围非常窄,在1030℃左右;温度低于920℃,大尺寸的金刚石单晶颗粒就很难得到,二次形核现象变的很严重。在实验得出的优化温度条件下,对表面有缺陷的天然金刚石进行了同质外延生长,用扫描电子显微镜(SEM)观察发现,原来金刚石表面的裂缝被修复,外延生长速率达到10.3μm/h。

ECR等离子体刻蚀增强机械抛光CVD金刚石

采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与机械抛光相结合的方法抛光化学气相沉积(CVD)金刚石,运用扫描电镜、Raman光谱观察、分析了刻蚀与抛光后金刚石的表面形貌和质量变化,并与单纯的机械抛光相比较,研究了等离子体刻蚀对后续机械抛光的影响,结果发现:金刚石经ECR等离子体刻蚀后非晶碳含量有一定程度降低,刻蚀过程在金刚石晶面形成的疏松表面有利于机械抛光,金刚石表面平均粗糙度更加快速降低。对比实验表明等离子体刻蚀对机械抛光前期的抛光效率的增强效果更为明显,在ECR等离子体刻蚀后的金刚石样品经10min机械抛光后粗糙度从7.284下降到1.054μm,而直接机械抛光30min时金刚石的表面粗糙度为1.133μm,在机械抛光的初始阶段,等离子体刻蚀后的机械抛光效率是单纯机械抛光效率的3倍。最终,经过三次重复刻蚀后机械抛光,金刚石表面粗糙度降为0.045μm。

氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜的影响机理

采用电子回旋共振(ECR)等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积(CVD)金刚石膜,运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断,研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明:磁场由发散场向收敛场转变时,离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大,刻蚀效果逐渐增强;当工作气压由低气压向高气压变化时,等离子体参数先增大后减小,CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。

微波等离子体CVD法制备金刚石薄膜涂层钻头

在微波等离子体CVD中,在直径为0.8mm硬质合金钻头上进行沉积金刚石涂层的研究。在沉积前,用硝酸(HNO3:H2O=1:4)腐蚀60s,以去除表面的Co。在金刚石涂层沉积过程中,钻头尖端在微波电磁场中产生辉光放电现象,导致钻头尖端刃部很难获得金刚石涂层。通过使用金属丝屏蔽的方法改变钻头周围的微波电磁场分布,成功地采用微波等离子体CVD法在钻头上沉积出了金刚石涂层。用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和激光拉曼光谱对基体和薄膜进行了表征。结果表明,金刚石薄膜表面比较光滑,晶粒尺寸较小,涂层质量良好;在铝基复合材料上钻孔测试表明,薄膜的附着力也较高。

等离子体技术——一种处理废弃物的理想方法

等离子体环保技术随当今世界环境问题的日益严峻而得到迅速发展。简单介绍了等离子体的相关概念及其处理"三废"的机理,对国内外利用等离子体技术处理各种废弃物的研究现状进行了分析,指出等离子体技术是处理废弃物最有效的方法之一。

微波等离子体低温制备氮杂二氧化钒薄膜

选用V2O5为前驱物,通过在玻璃片上镀膜,采用微波等离子体增强法,在低温条件下,成功制备了氮杂二氧化钒薄膜。通过X射线衍射(XRD),FT-IR对样品进行表征,结果表明:合成的样品为多晶氮杂二氧化钒。相变温度测试结果表明:退火工艺可以降低相变温度,同时提高薄膜的结晶度;改变氮气流量,相变温度先降低后升高,当氮气流量为20ml/min时,相变温度可以降低至40℃。

磁场位形对微波ECR等离子体电子参数的影响

测量了两种磁场位形中微波ECR等离子体的电子参数,研究了磁场位形对电子参数空间分布的影响,结果表明:发散场中电子温度在轴心和腔体边缘较大,在过渡的中间区域较小,而磁镜场中电子温度随径向半径R的增大单调减小;电子密度在两种磁场位形中随径向和轴向距离的增大均呈单调下降的趋势,磁镜场中的下降幅度大于发散场;在共振面附近,发散场中气压对电子温度的影响比在磁镜场中大,而气压对电子密度的影响在两种磁场位形中基本相似.