偏压对金刚石膜成核过程的影响

金刚石膜与天然金刚石类似,具有许多优异的特性,可广泛用于机械、光学和电子等领域.目前已用各种CVD技术制备出了可供实际应用的金刚石膜.这些技术遇到的一个主要问题是怎样提高成核密度和质量.特别是在异质衬底材料(如Si)上如何控制核化密度和貌相,从而达到异质外延生长金刚石膜.为了实现这一目的人们采取了各种方法和措施,如在沉积膜前对Si衬底进行划痕或在金刚石粉末溶液中进行超声波处理;用化学腐蚀或沉积非晶碳过渡层等.最近研究发现,对衬底加负偏压可大大提高成核密度.在微波等离子体CVD法中对衬底加负偏压后,在不经任何处理的抛光Si片上金刚石成核密度达10~(10)cm~(-2).并且利用此方法已成功地在Si衬底上实现了异质外延或织构生长金刚石膜.然而至今对热灯丝CVD法沉积金刚石膜中加负偏压增强成核密度研究的还不多.本文对热灯丝CVD负偏压法增强成核问题进行了实验研究,并对其结果进行了讨论.热灯丝CVD法沉积金刚石膜装置同文献[3]中的一样,衬底材料是Si(100),首先对硅衬底分别在丙酮和乙醇中分别进行超声处理,然后在50%HF溶液中腐蚀2min,去除天然氧化硅,接着用去离子水冲洗数次,最后用甲醇超声处理烘干后放入反应室中抽真空以备实验.沉积条件为衬底温度850℃,灯丝温度2000～2400℃,甲烷浓度(CH     

多晶金刚石薄膜的晶粒散射吸收与红外光学增透

一、引言 自Derjaguim等人首次人工合成Si衬底金刚石薄膜以来,金刚石薄膜的研究特别是其功能特性的研究,倍受重视而得到迅速发展。金刚石薄膜良好的光学性质使其有希望成为应用广泛的光学窗口材料。热解化学气相沉积方法可以获得400mm~2以上的大面积金刚石薄膜,这种薄膜是一种多晶薄膜,可以在Si、Ge和石英等光学窗口材料衬底上生长。生长过     

用热解化学气沉积法选择性生长金刚石薄膜的研究

一、引言 金刚石薄膜作为一种新型多功能材料,其制备和应用研究在近几年内取得了飞速的发展.目前,用各种化学气相沉积方法(CVD)合成的金刚石薄膜在一些领域内已取得了初步的应用.金刚石薄膜的选择性生长就是在衬底表面上按照所需图形生长金刚石薄膜,因此选择     

激光诱发巴基管向金刚石的相转变

金刚石由于其超高的硬度,已逐渐成为切削、抗磨等方面的首选材料.C_(60)发现后,已有利用冲击法将其转变成金刚石的报道,巴基管与C_(60)结构上类似,但它相对于C_(60)来讲,成本低、容易大量生产,因此更有可能进入工程应用.目前,利用巴基管作为衬底,通过化学气相沉积的方法已生长出良好的金刚石薄膜,并使金刚石的成核和生长速率大为提高.同时,巴基管在高温高压下合成金刚石的研究工作也取得了可喜的进展 本文以球墨铸铁为基体,以巴基管为涂层,通过激光熔凝和后续热处理的方法,在铁-碳合金体系中获得了微米尺寸的金刚石晶粒.     

用作金刚石微电子和微机械器件的若干关键技术

针对金刚石薄膜用于微电子器件和微机械器件的共性关键技术问题,总结了近年来这些方面的研究成果,包括：用交流－直流负偏压微波等离子化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）在绝缘ＳｉＯ２衬底上实现金刚石高密度成核,高成核选择比的金刚石选择生长技术,铝掩模氧反应离子束刻蚀金刚石薄膜的图形化技术,以及与金刚石生长工艺兼容的牺牲层、绝缘层技术等。     

Si和Mo基片上气相生长金刚石薄膜的界面状态研究

在低压气相生长金刚石薄膜中,金刚石薄膜与基片间的界面状态是一个十分重要的问题,它不仅与金刚石在异质基片上的成核、生长机理有密切关系,而且在很大程度上决定着金刚石薄膜与基片的粘附性能.近几年来,人们首先较多地研究了单晶Si基片生长金刚石薄膜中的界面状态,认为在金刚石薄膜与Si基片之间存在着一个界面层或过渡层,其主要成分是β-SiC.但也有人认为不存在界面层,金刚石是在Si表面直接生长的.其它基片上生长金刚石薄膜的界面状态也曾见报道.     

在超微金刚石涂层上化学气相沉积金刚石薄膜的研究

爆轰法合成的超微金刚石在化学气相沉积金刚石薄膜的过程中可以起到类似“晶籽”的促进成核的作用,在直流电弧等离子体喷射装置上进行了实验结果显示,在有ＵＦＤ涂层的衬底上进行沉积可以使成核率提高了２－３倍,薄膜的形貌也与正常工艺得到的薄膜有所不同。较高的衬底温度可能会使部分ＵＦＤ发生氧化或无定形化。进一步的研究应着眼于改善ＵＦＤ的性质和降低基底温度。     

金刚石薄膜的紫外区电致发光

金刚石薄膜在光谱蓝区的电致发光已有过一些研究工作。然而迄今为止,金刚石薄膜在紫外光谱区的电致发光现象尚未见有报道。我们采用了非晶金刚石薄膜——本征金刚石薄膜——掺杂金刚石薄膜3层结构,制备了电致发光器件。观察到在近紫外光谱区380nm处有一发光主峰。 为了提高金刚石薄膜的成核密度,改善薄膜的均匀性,我们采用脉冲激光沉积技术首先在硅衬底上沉积一层非晶金刚石薄膜。非晶金刚石薄膜脉冲激光沉积的实验装置已在文献[4]中有过详细描述。采用波长355nm,重复频率5Hz的Q开关3次谐波YAG激光器,激光功率密度为3.5×10~8W/cm~2。沉积时间5min,获得的非晶金刚石薄膜厚度为0.15μm,电阻率为1.33×10~6Ω·cm。为了提高电致发光器件的击穿电压,再利用微波CVD系统在非晶金     

金刚石薄膜的气相生长

金刚石不仅是最好的超硬耐磨材料,而且是一种新型的功能薄膜材料,具有优异的电学,光学、热学和力学性质。 1976年Derjaguin等用化学输运反应方法在非金刚石基板上首先合成出金刚石,1982年Matsumoto等用热灯丝化学气相沉积法(CVD),1983年Kamo等用微波等离子体化学气相沉积方法在硅等基板上制备出金刚石薄膜。近年来,金刚石薄膜的研究得到迅速发展,建立了各种制备方法和制备技术,在各种基板材料上合成出大面积均匀的金刚石膜,而且在应用研究方面取得了有意义的结果。     

采用巴基管涂层化学气相沉积金刚石

关于热丝法气相沉积金刚石的研究已经进行了多年,迟滞这种工艺进一步发展的主要技术障碍是沉积速度低,如何提高热丝法沉积金刚石的速率,成为合成金刚石薄膜领域中的一个迫切需要解决的课题.富勒烯族分子(C_(60),C_(70),巴基管)均是由碳原子构成的大分子.近年来,在能够合成这些分子之后,它们即被用于合成金刚石的研究,但是以富勒烯族分子为涂层材料的化学气相     

金刚石薄膜与Si衬底间界面状态的研究

近十多年来,气相法合成金刚石薄膜的研究已取得了很大的进展.金刚石薄膜的应用已处于商业化的初期阶段,但金刚石薄膜的生长机理还不清楚,薄膜的结构与合成条件间的相互关系研究还有待深入.尽管能在多种衬底上合成出金刚石薄膜,但薄膜与衬底间的结合强度在一些情况下还是非常弱的.因此,了解金刚石薄膜与衬底间的界面结构,分析早期在衬底上     

快速、无损的大面积石墨烯晶圆转移方法

<正>尽管石墨烯薄膜材料表现出优异的电学、光学等物理化学性质,但相较于石墨烯粉体材料,其商业化应用还远未成熟.基于化学气相沉积法,在金属衬底上生长石墨烯薄膜被认为是批量化制备大尺寸石墨烯薄膜的主流路线.其中,在平整的Cu(111)晶圆衬底上外延生长超平整石墨烯单晶晶圆薄膜,     

非晶态SiO2过渡层上高C轴取向LiNbO3薄膜及生长机制探讨

利用脉冲激光沉积(PLD)技术在单晶硅衬底的非晶态SiO2过渡层上外延生长了具有优良结晶品质和高度C轴取向性的LiNbO3光波导薄膜.利用X射线衍射、高分辨电子显微镜和原子力显微镜等手段对LiNbO3薄膜的结晶品质和C轴取向性等进行了系统的分析,基本确定了薄膜C轴外延生长的最佳沉积参数.非晶态SiO2过渡层上的LiNbO3薄膜由尺度约为150 nm×150nm的四方柱状C轴取向的单晶畴紧密排列而成,并且具有陡峭的界面结构.棱镜耦合技术测量表明,激光可以被耦合到LiNbO3薄膜中,形成TE和TM模式的光波导.此外,对于LiNbO3薄膜在非晶过渡层上择优取向生长的物理机制和薄膜基底效应进行了初步探讨,提出其生长机制很可能符合光滑晶面上三维岛状成核生长的Volmer模式.     

金刚石薄膜的阴极荧光特性研究

自从Setaka等人利用CVD方法在硅等非金刚石衬底上合成出具有清晰结晶晶面的金刚石晶体及多晶金刚石薄膜以来,金刚石的合成技术在近几年取得了迅速的发展。同时,气相生长金刚石的材料性质研究及应用研究也取得了较大的进展。     

利用“热壁扩散”法在金属衬底上生长C60单晶薄膜

自从石墨电弧放电制备克量级C_(60)的方法发现以来,研究不同衬底上C_(60)薄膜的生长行为就一直是科学家关注的热点之一.制备高质量的C_(60)薄膜,不仅在基础研究方面,而且在应用方面都具有重要的意义.例如,对于碱金属掺杂的C_(60)超导体,利用高质量的C_(60)单晶薄膜可以获得较窄的超导转变温区和较高的转变温度.此外高质量的C_(60)单晶薄膜对于研究由C_(60)和金属或半导体组成的双层膜或多层膜的非线性光学性能也具有重要的意义.C_(60)薄膜在不同衬底上的生长行为与许多因素有关,其中最重要的是衬底表面的原子排布是否与C_(60)的晶格相匹配,C_(60)与衬底之间是否存在电荷转移和是否存在键合.迄今为止,许多研究工作报     

直流弧光放电等离子体化学气相法生长高品质金刚石薄膜

金刚石薄膜是高新技术特种功能材料。目前国内、国际上对其制备方法、应用开发竞争激烈。金刚石薄膜的研制成功将为金刚石独特的光学、声学、电学、热学及机械性能的应用开拓广阔的前景。现已有多种化学气相法合成金刚石薄膜。直流弧光放电等离子体化学气相法合成金刚石薄膜具有生长速度快,结晶质量好的优点,因此该方法的开发应用具有重要的意义。     

富勒烯薄膜的波导Raman散射增强效应

以C_(60),C_(70)为代表的富勒烯材料,自Kr(?)tschmer等人发现其有效制备方法之后,已成为材料科学研究的热点之一,被认为在半导体、超导体、有机导体、非线性光学、金刚石薄膜合成、有机化学、医药、润滑等方面有着巨大的潜在应用价值.尤其是作为一种新型光学材料而倍受人们关注.C_(60)由于具有共轭大π电子云体系而表现出强烈的三阶非线性光学效应,使其有可能成为十分有前途的非线性光学材料,而其反饱和吸收特性则使其可以制成光限幅器件、光双稳器件和全光学开关等.本文研究了沉积于粗糙介质表面C_(60)薄膜的波导Raman散射(waveguide Raman scattering).波导Raman散射是结合集成光学和Raman散射的一种测试介质上薄膜性能的灵敏方法,文献[4]报道了C_(60)薄膜的波导Raman散射现象,但是用的光源为100mW的Ar~+激光.然而,这种较强的激光有可能破坏C_(60)膜中的分子结构诸如发生聚合反应等,从而影响其本征的Raman谱.本文报道了采用30mW的He-Ne激光为激发光源,观察到粗糙介质表面C_(60)薄膜的波导Raman散射增强效应.     

等离子体化学气相法沉积金刚石的进展

本文评述了化学相沉积法制备人造金刚石薄膜的进展情况。重点评述反应机理,发展历史,沉积方法,衬底材料,检测手段。讨论了有利于形成立方晶系金刚石材料的沉积条件。     

金刚石薄膜的磁共振研究

颗粒状的金刚石单晶是一种性能优越的材料,它具有优良的物理、化学性质,如特殊的硬度、化学稳定性、热的良导体和低的电导率以及优良的光学特性,但因其形态所限,至今未能在更多的领域内得到充分的应用和开发。近年来,由于低压合成技术的发展,金刚石薄膜成为引人注目的功能材料。它除了具备金刚石单晶的性质外,在电子技术、光学声学领域的应用前景,比粒状金刚石更为广泛。现在制备金刚石薄膜方法主要是低压化学气相沉积(CVD)法,但是薄膜的化学结构及形成过程并不是非常清楚,同时薄膜中的杂质如H,N等原子成键情况也没有完全被了解。本文报道了我们利用核磁共振(NMR)和电子自旋共振(ESR)方法对两个天然丰度的金刚石薄膜样品的研究结果,为评价薄膜的质量和了解成膜过程提供了参考。     

RTCVD沉积在石英衬底上的多晶硅薄膜的生长习性

使用快速热化学气相沉积(RTCVD)系统在石英衬底上制备了多晶硅薄膜, 并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等对其微结构进行了研究. XRD谱显示单个很强的(220)衍射峰, 说明多晶硅薄膜表面具有<110>择优取向. 表面SEM照片表明多晶硅薄膜的表面由大量尺寸不等的多边棱锥形晶粒组成, 断面SEM照片则说明多晶硅薄膜内的晶粒沿垂直于衬底的方向柱状生长. TEM结果进一步揭示了多晶硅薄膜内存在包括一次孪晶、二次孪晶以及三次以上的高次孪晶在内的大量孪晶. 以上实验结果无法用对常压化学气相沉积(APCVD)法制备多晶硅薄膜的生长习性的传统观点解释, 但是却可以由Ino等人提出的关于面心立方金属薄膜中高次孪晶形成和发展的模型很好的解释. 根据以上实验结果和Ino的模型, 认为RTCVD在石英衬底上沉积多晶硅薄膜的成核、生长是以形成高次孪晶粒子为基础的, 然后这些高次孪晶粒子以岛状生长的模式连成薄膜.