CVD金刚石薄膜的掺硼研究

主要介绍硼掺杂金刚石膜的生长．采用热灯丝CVD法在硅上制备金刚石薄膜，采用三氧化二硼制备硼掺杂金刚石膜．利用拉曼光谱分析硼掺杂金刚石膜的生长情况．结果表明：硼的掺杂质量分数随生长时间延长而增大；利用SEM观察硼掺杂金刚石膜的表面晶粒变小；利用银浆在掺杂金刚石膜表面制备电极，测试电流随温度升高而变大.     

金刚石纳米粉引晶方法制备金刚石薄膜方法

利用金刚石纳米粉引晶法和常规研磨方法分别在单晶硅衬底上制备金刚石薄膜,并采用扫描电镜、激光拉曼方法对所制备样品进行表征,通过SEM和拉曼谱分析,与研磨法生长金刚石薄膜相比,利用金刚石纳米粉引晶方法可以大大提高金刚石薄膜的成核速度,生长速率达到2μm/h以上。对相同碳源浓度下生长的金刚石薄膜样品的SEM和拉曼谱分析,采用引晶法生长的金刚石薄膜质量明显高于研磨法。     

掺硼金刚石薄膜涂层刀具的制备及试验研究

采用偏压增强热丝化学气相沉积法,以硼酸三甲酯为掺杂源,以WC-Co硬质合金刀具为衬底,制备了不同掺硼浓度的金刚石薄膜涂层刀具.通过采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱及压痕测试对涂层刀具的表面形貌、薄膜质量和膜-基附着力进行了研究,分析了硼元素对薄膜质量和刀具性能的影响.研究结果表明:硼掺杂可以有效抑制刀具表层钴的扩散,改变金刚石薄膜的成分;掺硼金刚石薄膜的晶粒取向主要是{111},随着掺硼浓度的增加,金刚石薄膜的晶粒变小,平均晶粒尺寸从10 μm下降到2 μm;金刚石薄膜的拉曼光谱中心声子线随着掺硼浓度的增加向低频方向漂移,强度降低,且出现多晶石墨峰;涂层的膜-基附着力在硼碳摩尔比B/C=3×10-3时最佳.通过对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的切削加工试验表明,在适当的掺硼浓度下金刚石薄膜涂层刀具的切削性能得到了显著改善.     

金刚石晶体生长研究进展

介绍利用高温高压（HPHT）合成高质量金刚石单晶和化学气相沉积法（CVD）制备金刚石薄膜的设备、方法、工艺参数以及热丝CVD和微波等离子体CVD的优缺点;P型和N型金刚石掺杂研制现状.重点介绍N型金刚石掺杂的困难,氮、锂、钠、磷、硫等杂质的掺杂效果,共掺杂对于金刚石薄膜的影响,以及近年来P型和N型掺杂取得的成果.     

掺氮氧化锌薄膜的P型转变研究

采用射频磁控溅射法在室温下制备了氮掺杂ZnO薄膜.用蓝宝石为衬底,氩气和不同流量的氮气为溅射气体.使用拉曼光谱仪对样品进行分析,在275cm-1位置为氮掺杂所引起的峰.样品经高温真空退火后,随着氮气流量的上升,薄膜中的载流子浓度有下降趋势,在氮气流量为6sccm时,薄膜具有较高的空穴载流子浓度,实现了氮的受主掺杂,氧化锌薄膜的导电类型实现了P型转变.     

硼掺杂对金刚石薄膜载流子浓度的影响

采用固体三氧化二硼,在硅衬底上用HFCVD 法生长金刚石薄膜.对CVD 金刚石薄膜的进行了表面形貌和结构进行了研究,并测试了不同硼掺杂浓度的金刚石膜载流子浓度及其电阻率.结果表明:金刚石膜结构致密,硼掺杂有利于改善膜质量,膜中载流子浓度随着掺杂浓度的提高不断提高.     

用拉曼波谱分析金刚石膜的内应力

对拉曼波谱测量金刚石薄膜内应力时存在的差异现象进行了分析。研究表明应力方向和晶体取向的未知,导致多晶金刚石薄膜中应力值与拉曼波谱位移量之间的比例系数难以准确选取,是造成计算出的内应力结果不一致的原因之一。     

纳米金刚石粉末电化学性能及其表面修饰的研究进展

对导电金刚石电极的研究,过去主要集中在化学气相沉积(CVD)制备的含硼金刚石薄膜电极领域。近来有研究表明当金刚石薄膜晶粒尺寸达到纳米级时,无需掺杂硼,金刚石也表现出一定的电导率。本课题组研究发现非掺杂的纳米金刚石粉末在水溶液中也表现出了一系列的电化学活性。本文介绍了非掺杂纳米金刚石的电化学性能及其对亚硝酸根离子的催化氧化行为,另外还介绍了对纳米金刚石进行表面修饰以提高其电化学活性,增加它在电化学领域的应用范围等方面的研究进展。     

V掺杂对类金刚石薄膜性能的影响

通过磁控溅射的方法,使用石墨靶、V靶复合拼接靶,以氩气作为辅助气体,成功制备了不同原子分数的V掺杂类金刚石薄膜。采用拉曼光谱仪、电子探针X射线显微分析仪、X射线光电子能谱仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、薄膜应力仪、往复摩擦磨损试验机等设备研究了V掺杂对类金刚石薄膜微观结构、力学性能、摩擦学性能的影响。结果表明,V掺杂提高了类金刚石薄膜的力学性能,当薄膜中V的原子分数为54.28%时,薄膜的硬度和弹性模量分别为14.1 GPa和147.6 GPa。掺杂V后,薄膜中生成了V₂O₅,降低了薄膜的耐磨性能。这主要是因为V促进了sp³杂化C数量的增加,并且在摩擦过程中,薄膜中的sp³杂化C的数量进一步增加,导致其硬度升高,耐磨性能下降。     

金刚石薄膜的制备、表征和场发射性能

系统研究了在微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)系统中,甲烷浓度、沉积气压、气体流量比、衬底的预处理等参数工艺对金刚石薄膜质量的影响,不同样品的扫描电镜(SEM)图片表明上述参数工艺对金刚石薄膜的微观形貌如:晶粒尺寸、均匀性、膜的连续性、致密性等具有重要影响.金刚石薄膜样品尖锐的1332cm-1Raman峰表明金刚石膜具有很高的晶化质量,与SEM图片一致.最后研究了样品的场发射特性,获得了较低的发射阈值电压4.4V/μm,电压为650V时,得到较高的约128mA/cm2的发射电流密度.     

热丝CVD法制备金刚石膜

采用热灯丝CVD、分次连续沉积的办法在硅衬底上制备金刚石膜．用RAMAN光谱、X-ray衍射、扫描电子显微镜(SEM)等多种技术对金刚石膜的形貌、成份、晶态等特性进行了分析，证实所获膜质量较好。     

衬底负偏压热灯丝CVD金刚石薄膜在锥体上核化的研究

以ＣＨ４和Ｈ２为反应混合气体,用衬底负偏压热灯丝ＣＶＤ法在Ｓｉ（１００）面上制备金刚石膜,使用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）,Ｒａｍａｎ谱和Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）对在硅尖上的金刚石核化进行了研究,并着重讨论了沉积在硅尖上的金刚石颗粒的生长机理。     

低粗糙度金刚石薄膜的制备及其光学性能的表征

采用热丝化学气相沉积（HFCVD）方法,在反应气压、衬底温度一定的情况下,通过改变碳源浓度以制备低粗糙度金刚石薄膜.扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）测试结果表明,随着碳源浓度适当增加（从2％增加到3％）,金刚石薄膜表面晶粒尺寸减小到纳米量级,平均粗糙度从45 nm降低到21 nm,同时光学透过率下降.椭圆偏振光谱拟合结果显示,随着碳源浓度的增加,薄膜折射率n稍有偏离理想值.拉曼散射光谱显示随着碳源浓度的增加,薄膜中非金刚石相含量增加,一定程度上影响了薄膜的光学质量.结果表明,在表面粗糙度相差不大的情况下,薄膜的质量决定了其光学性质.     

复合金刚石薄膜的介电特性

利用热丝大面积金刚石薄膜气相合成（CVD）装备制备了复合金刚石薄膜，并对其表面和断面分别进行了扫描电镜（SEM），原子力显微镜（AFM）和Raman光谱表征，研究了该复合结构的介电性能，利用共振电路测量了高频下薄膜的介质损耗与频率的关系，结果表明，复合结构由普通多晶金刚石薄膜和纳米金刚石薄膜组成，薄膜的表层结构体现了纳 米金刚石的特征，复合金刚石薄膜不仅具有表面光滑的优点，介电性能也接近于常规的多晶金刚石薄膜，是一种较好的电子材料，可应用于金刚石薄膜半导体器件的制备。     

不同氧化程度的掺硼金刚石膜电极的电化学性能及电荷转移速率研究

通过阳极电化学氧化法, 制备不同氧化程度的掺硼金刚石膜(BDD)电极, 并对其进行表征。分别采用循环伏安法和 Mott-Schottky 曲线, 研究不同氧化程度的 BDD 电极的电化学性质和电荷转移速率。扫描电子显微镜和拉曼光谱分析表明, 氧化后的 BDD 电极形貌和晶型结构几乎未发生变化, 但 EDX 能谱分析发现BDD 表面氧含量明显增加。循环伏安法和 Mott-Schottky 曲线阳极电流法研究发现, 电荷转移速率随氧化程度的增大而逐渐增大。接触角实验进一步证实, 随着 BDD 电极氧化程度的增加, 接触角减小, 电极表面亲水性逐渐增大, 因此以阳极电流方式表示的电荷转移速率增大。然而, Mott-Schottky 曲线以氧化还原电位差方式表示的电荷转移速率随氧化程度的增大, 先增大, 后减小, 这是由于在不同的氧化时间下, 表面基团的种类及其各成分在总含氧量中所占比例不同, 因此产生的电荷转移速率也不相同。     

微波等离子体CVD方法制备金刚石薄膜

采用微波等离子体化学气相沉积方法分别在CH4／H2，CO／H2和（CH4＋CO）／H2气体体系下合成了金刚石薄膜．结果表明，所合成的金刚石薄膜具有明显的柱状生长特性和较高的品质，（CH4＋CO）／H2体系合成的金刚石薄膜具有较高的生长速率和（100）晶面定向生长的特性．     

Raman spectral research on MPCVD diamond film

Raman spectra of MPCVD diamond film have been studied. Based on the resonance size selection effect, we think that there is no nano-crystalline diamond in the sample and the Raman peak at 1145 cm-~ can not be considered as the characteristic peak of nano-crystalline diamond though it has been used as the characteristic peak of nano-crystalline diamond widely for many years.     

氮气流量对金刚石膜生长的影响

采用电子辅助热灯丝化学气相沉积（EA-CVD）方法沉积大面积金刚石膜,在金刚石膜的沉积过程中,氮气流量对金刚石膜沉积的影响会直接影响着金刚石膜的生长和质量。用Raman等手段对金刚石膜的生长特性进行了表征。     

合成金刚石薄膜生长工艺的研究

采用一种快速生长金刚石薄膜的直流等离子体弧焰合成法，进行生长金刚石薄膜的实验。讨论了生长金刚石薄膜时各种工艺条件对成膜形态的影响。ＳＥＭ照片与拉曼光谱分析表明，在工艺条件合适时，可快速生长金刚石薄膜。     

甲烷浓度对大面积金刚石膜生长的影响

采用电子辅助热灯丝化学气相沉积(EA.CVD)方法沉积大面积金刚石膜,在金刚石膜的沉积过程中,碳源浓度的变化会直接影响着金刚石膜的生长和质量。使用Raman,SEM等手段对金刚石膜的生长特性进行了表征。