CVD金刚石薄膜中内应力张／压性质预测的研究

对大量实验测量出的甲烷浓度和衬底温度分别在单因素变化时,金刚石薄膜内应力的变化规律进行了归纳。在此基础上,利用材料科学与相图的思想,对任意给定的甲烷浓度和衬底温度条件下制备的金刚石膜中内应力处于张应力还是压应力的情况进行了分析,绘制出金刚石膜的“内应力状态图”。结果表明：利用“内应力状态图”可以预测内应力的张／压性质,预测分析结果与实验结果一致。     

大面积金刚石膜沉积过程中的热应力分析

应用实际工作状态的边界条件计算了金刚石膜中的热应力分布,并用实验手段进行 了验证．结果认为,金刚石膜的热应力沿径向是不均匀的,中间的热应力要比边部的大,主要是 压应力．这种很大的压应力,容易引起金刚石膜的炸裂．     

气体循环条件下等离子体喷射CVD金刚石膜的生长稳定性和品质

在气体循环条件下采用H2、CH4和Ar的混合气体,利用100kW直流电弧等离子喷射CVD系统,在850和950℃下在Mo衬底上沉积了不同厚度的金刚石膜;并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱对膜的形貌、品质、取向和残余应力进行了分析.结果表明:在850℃下,随着金刚石膜厚度的增加,膜的品质不断提高,残余应力逐渐减小,且残余应力为拉应力,膜的生长稳定性很好;在反应气体流速不变的条件下,相比950℃沉积的厚度为120μm的金刚石膜,在850℃下沉积的厚度为110μm的金刚石膜有更好的生长稳定性,膜的品质更高,残余应力更小.     

静定混凝土梁在日照温度作用下应力的级数解

温度变化是混凝土梁的作用之一．在温度作用下，若混凝土中的温度变化是非均匀的，则虽然静定混凝土梁横戴面上的内力为零，但仍然会在结构中产生温度应力．本文采用弹性力学方法，视静定梁为平面应力问题，将应力函数取为三角级数，计算了静定梁在一般温度分布时的应力．然后取日照温度变化．T(x，y)＝Toe^-kty，确定了好定混凝土梁温度应力的级数解．     

对超薄膜钛酸铅铁电体相结构和稳定性的研究

用推广的Landau Devonshire理论研究应力与尺寸效应对PbTiO3 铁电薄膜的相结构和稳定性的影响 .对PbTiO3 铁电薄膜的温度与应力相图、不同压应力作用下的膜厚与自发极化、膜厚与居里温度的关系图等进行计算 .结果表明 :对PbTiO3 铁电薄膜 ,在外推长度δ >0时 ,应力 (压应力或张应力 )作用总是使居里温度升高及有利于铁电相的稳定 ;在薄膜中施加大的压应力时 ,铁电相可存在于更薄的膜厚中 ,但当膜厚达到临界厚度后 ,薄膜始终处于顺电相 ,也即存在尺寸驱动相变 .     

氮化铝多层膜制备及其声表面波器件性能表征

采用直流磁控溅射方法,在硅衬底与超纳米晶金刚石衬底上沉积生长了氮化铝(0002)择优取向薄膜,研究了不同衬底对氮化铝薄膜应力的影响,并以此氮化铝多层膜为基础通过光刻加工得到声表面波器件,进而对其声学性能进行了分析。结果表明,在硅基底上沉积的氮化铝薄膜存在压应力,而在超纳米晶金刚石薄膜上生长的氮化铝薄膜表现出拉应力,这可能是因为界面应力平衡诱导产生的结果。氮化铝多层膜声表面波器件表现出较强的共振信号,硅衬底上声表面波器件的频率温度系数为-38 ppm/℃,超纳米晶金刚石夹层的引入可有效改善器件的温度稳定性使频率温度系数减小到-28 ppm/℃,同时也显著地提高了机电耦合系数约达0.3%.     

硅基铜膜应力随温度的变化及等温松驰

采用定点激光反射热循环方法，测量了硅基体上铜膜应力随温度的变化及等温松驰。结果表明，开始加热时，应力随温度的增加以－２．６２ＭＰａ／℃的速率线性减小，与弹性理论一致，压屈服强度与膜厚的倒数成正比，在各种定温度下，应力随时间均按负指数形式松驰，但应力松驰时间常数强烈地依赖于温度。     

提高方形硅膜压力传感器灵敏度的几个重要措施

结合扩散硅压阻式压力传感器的研制．根据硅的压阻效应原理，利用方形硅膜的应力分 布公式，论述了提高正方形硅膜压阻式压力传感器灵敏度的几个重要措施．     

高功率准分子激光沉积类金刚石膜的热稳定性

在不同温度下(200~ 800 ℃) 将高功率准分子激光溅射方法沉积的类金刚石膜进行退火实验. 利用Raman和XPS光谱分析类金刚石膜在退火过程中的化学键合结构变化. 结果表明, 类金刚石膜是由少量的sp² C键和大量的sp³ C键组成的非晶态碳膜. 在退火温度小于600 ℃范围内, 类金刚石膜的热稳 定性较好； 退火温度高于600 ℃时, 类金刚石膜中的sp³ C键逐渐向sp ² C键转变, 当退火温度升到800 ℃时, 类金刚石膜中sp³ C键含量由 退火前的大约70%下降到40%. 可见, 高温退火能导致类金刚石膜的石墨化趋势.     

表面应力敏感型压阻微悬臂梁传感器的模拟

为获得用于表面应力测量的压阻悬臂梁传感器的参数的优化方法,建立了有限元分析模型。通过将模拟结果与压阻理论结合,分析了表面应力作用下的压阻式微型悬臂梁传感器。建立了两层硅悬臂梁结构模型,在顶层硅内施加初始应力模拟表面应力。对仿真结果应力数据进行提取与计算,结合压阻系数,分析了n型硅压阻与p型硅压阻长度、宽度和位置等对微型悬臂梁传感器灵敏度的影响。结果表明:为获得较高灵敏度,n型硅压阻应做长,p型硅压阻应做短并安排在固定端。该文研究结果为悬臂梁生化传感器提供了设计参考。     

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。     

P型金刚石薄膜压阻效应的理论研究

结合形变势理论和价带分裂模型,对硼掺杂Ｐ型金刚石薄膜的压阻效应进行了分析和讨论。结果表明,金刚石中轻、重空穴有效质量的巨大差异是导致其具有显著压阻效应的主要原因之一。并推导出应变诱导轻、重空穴带分裂时压阻因子的近似计算公式,计算结果与实验结果一致。     

大面积金刚石膜生长环境气氛的计算机模拟

建立了直流电弧等离子体喷射ＣＶＤ大面积金刚石沉积数学模型．对衬底上方等离子 体中的化学环境进行了模拟计算,并与在相同条件下对等离子体的光谱结果进行对比,发现计 算结果与实验结果基本上吻合．在模拟条件下ＣＨ基团可能是促使金刚石生长的主要活化基 因．模拟结果显示ＣＨ基因沿径向的均匀分布对大面积金刚石膜生长有较大的意义．     

影响CVD金刚石断裂强度的因素

按照Griffith微裂纹理论,讨论了影响CVD金刚石断裂强度的因素。结果表明,较高的生长温度,较低的生长速率,较小的晶粒尺寸,较少的微观缺陷,较高的金刚石纯度,可以提高CVD金刚石的断裂强度。     

Valance electron structure of carbide-diamond interface and catalytic mechanism for diamond synthesis under high-pressure and high-temperature

The metallic films surrounding a synthetic diamond formed under high-pressure and high-temperature (HPHT) in the presence of Fe-based and Ni-based catalysts were studied by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). It was showed that the carbide was the primary carbon source for the nucleation and growth of diamond. Based on the EET (empirical electron theory in solid and molecules) theory, the valence electron structure of interface between carbide (Fe₃C, Ni₃C, (Fe, Ni)₃C) and diamond was calculated using the bonding length difference (BLD) method. The boundary criterion of Thomas-Fermi-Dirac-Cheng (TFDC): “the electron density being equal on the contacting surfaces of atoms” was applied to analyze the valence structure of carbide-diamond interface. The result based on the calculation valance electron structure is in good accordance with the experimental result. This study is very helpful to reveal the catalytic mechanism of diamond nucleation and growth and design the new catalyst for diamond synthesis.     

基体预处理方式对合成类金刚石薄膜的影响

研究了不同的钛基体预处理方式对先驱聚合物合成类金刚石薄膜的影响,结果表明8字形研磨和平行研磨方式处理的基体上都长出了类金刚石薄膜,但是其表面形貌有很大的差别,平行研磨方式处理基体表面所引入的缺陷有利于金刚石相形成：引入中间过渡层镍Ni,可以增强薄膜与不锈钢基体的结合力,有利于金刚石的生成,XRD谱中可以看到弱的金刚石衍射峰;讨论了类金刚石薄膜中金刚石晶体生长的机制。     

H2/CH4/H2S/Ar气氛合成n型金刚石薄膜过程中硫分布的数值模拟

本工作采用Monte Carlo方法,根据辉光放电理论,对以H2S为掺杂源气体采用EACVD技术合成n型硫掺杂的金刚石薄膜的动力学过程进行了模拟.得出不同气压、偏压情况下n型硫掺杂的金刚石薄膜的动力学过程中掺杂元素S和S+粒子数分布,计算结果对掺杂过程的研究具有参考价值.     

直流电弧等离体喷射CVD金刚石生长面的浸润性研究

为了开展CVD金刚石生长面的浸润性研究,采用直流电弧等离体喷射技术,制备了纳米金刚石自支撑膜、微米金刚石自支撑膜以及毫米单晶金刚石.结果发现：对于相同的金刚石生长表面,接触角按甘油、饱和葡萄糖水溶液、饱和NaCl水溶液和蒸馏水的顺序逐渐增大,表明所制备金刚石的表面对各液体的浸润性逐渐变差;而对于同种滴液,接触角在不同的金刚石表面表现出不同的大小,说明不同的CVD金刚石对于同种液体具有不同的浸润性.而表面能的计算结果表明纳米金刚石自支撑膜生长面的表面能最高,其次是微米自支撑金刚石膜,而单晶金刚石的表面能最小.     

Ohmic contact properties of p-type surface conductive layer on H-terminated diamond films prepared by DC arc jet CVD

With the advantages of high deposition rate and large deposition area, polycrystalline diamond films prepared by direct current (DC) arc jet chemical vapor deposition (CVD) are considered to be one of the most promising materials for high-frequency and high-power electronic devices. In this paper, high-quality self-standing polycrystalline diamond films with the diameter of 100 mm were prepared by DC arc jet CVD, and then, the p-type surface conductive layer with the sheet carrier density of 1011-1013 cm?2 on the H-terminated diamond film was obtained by micro-wave hydrogen plasma treatment for 40 min. Ti/Au and Au films were deposited on the H-terminated diamond surface as the ohmic contact electrode, respectively, afterwards, they were treated by rapid vacuum annealing at different temperatures. The properties of these two types of ohmic contacts were investigated by measuring the specific contact resistance using the transmission line method (TLM). Due to the formation of Ti-related carbide at high temperature, the specific contact resistance of Ti/Au contact gradually decreases to 9.95 × 10?5 Ω·cm2 as the temperature increases to 820℃. However, when the annealing temperature reaches 850℃, the ohmic contact for Ti/Au is degraded significantly due to the strong diffusion and reaction between Ti and Au. As for the as-deposited Au contact, it shows an ohmic contact. After annealing treatment at 550℃, low specific contact resistance was detected for Au contact, which is derived from the enhancement of interdiffusion between Au and diamond films.     

金刚石膜磁阻效应

在F－S薄膜理论的基础上,考虑了晶格散射和杂质散射,通过求解驰豫近似下的Boltzmann方程,计算了P型单晶半导体金刚石膜（矩形）在球形能带下的电导率及考虑金刚石的轻空穴带、重穴穴带和分裂带为并联电阻模型时的磁阻,给出了磁阻和金刚石膜厚度,磁场强度、迁移率的关系。研究表明：金刚石的轻空穴带、重空穴带和分裂带对磁阻的影响不相同。厚膜的磁阻和块材的磁阻相差不大,磁阻和温度、磁场强度,迁移率有密切关系。