金刚石自支撑膜的高温红外透过性能

由于金刚石具有低吸收和优异的力学与导热性能使其成为长波(8~12μm)红外光学窗口材料的重要选择。对于许多极端条件的应用,化学气相沉积(CVD)金刚石自支撑膜的高温光学性质至关重要。应用直流电弧等离子喷射法制备光学级金刚石自支撑膜进行变化温度的红外光学透过性能研究,采用光学显微镜、X射线衍射、激光拉曼和傅里叶变换红外-拉曼光谱仪检测CVD金刚石膜的表面形貌、结构特征和红外光学性能。结果表明:在27℃时金刚石膜长波红外8~12μm之间的平均透过率达到65.95%,在500℃时8~12μm处的平均透过率为52.5%。透过率下降可分为3个阶段。对应于透过率随温度的下降,金刚石膜的吸收系数随温度的升高而增加。金刚石自支撑膜表面状态的变化,对金刚石膜光学性能的影响显著大于内部结构的影响。     

金刚石膜红外光学性质的研究

采用热灯丝化学气相沉积(CVD)方法,通过独特的衬底表面预处理工艺及控制沉积参数,制备出了晶粒细、表面光滑的单片金刚石膜样品。采用SEM观察了样品生长面的表面形貌,通过激光Raman对样品进行了金刚石结构的确认。在450～4000cm~(-1)范围测试了金刚石膜样品的红外光学透过谱,通过分析认为:平均透过率随波长减小而衰减主要是由于金刚石膜生长面的表面粗糙度引起光谱散射造成的。     

掺硅类金刚石薄膜的制备及其光学性质研究

利用直流磁控溅射技术在单晶硅和光学玻璃表面制备了掺硅类金刚石薄膜,采用紫外-可见光光谱仪、原子力显微镜、X射线光电子能谱(XPS),荧光光谱仪考察了不同硅含量对类金刚石薄膜的光学透过、表面形貌、电子结构和光学带隙的影响.结果表明,掺硅后的类金刚石薄膜的表面粗糙度先变大后变小,光学带隙变宽,但当掺硅达到一定量时,光学带隙有所降低.随着硅掺入量的增加,薄膜的红外透过率显著提高;光的发射中心"蓝移"并且强度增加.XPS的结果表明薄膜的sp3/sp2的比率随着硅含量的增加而变大.     

硫化锌窗口上CVD法制备金刚石膜的研究进展

金刚石具有优异的红外透过性能,可作为硫化锌红外窗口的保护膜。但由于CVD金刚石的沉积过程会刻蚀硫化锌衬底,导致在窗口表面直接生长金刚石膜比较困难。本文主要综述了近年来通过添加过渡层沉积金刚石薄膜的方法和光学焊接金刚石厚膜的方法来增强硫化锌窗口的性能,并介绍了CVD金刚石膜的光学应用及其目前所存在的问题,最后对未来CVD金刚石膜发展的方向作出了展望。     

计算机模拟类金刚石薄膜的光学性能研究

采用射频等离子体化学气相法在BK7玻璃样品上合成了类金刚石薄膜，基于介电模型对样品的光学透射谱进行计算机拟合，得到类全刚石薄膜的折射率和膜厚等性能指标。研究了甲烷浓度，射频功率密度和沉积压力等工艺参数对类金刚石薄膜的光学特性影响规律。试验表明折射率和生长速率均随甲烷浓度和功率密度增加而增加；气体压力对生长速率的影响最显著。     

金刚石薄膜的红外增透性质

本文研究了用热解化学气相沉积方法在硅单晶衬底上制备的金刚石膜对硅衬底的红 外透过率的影响，发现有些金刚石薄膜具有明显的红外增透性质。     

非平衡磁控溅射技术制备用于红外减反射的无氢碳膜

红外减反射保护膜具有特定的厚度要求,如能进一步减小无氢类金刚石膜(DLC)的光学吸收,就能使其在较大厚度时不过分损失光通量而得以广泛应用.从这点来讲,无氢类金刚石膜是一种极具开发潜力的材料.本文采用非平衡磁控溅射技术(UBMS)制备了无氢类金刚石膜,并研究了其厚度均匀性.研究结果表明:该非平衡磁控溅射装置有能力获得大于φ150 mm的均匀性范围.对DLC膜红外透射谱的分析表明,分别在Si和Ge基底表面单面制备的DLC薄膜,其峰值透射率在波数2983/cm时分别为68.83%和63.05%,这一结果接近无吸收碳材料理论上所能达到的值.同时,在5000到800/cm范围内,未发现明显的吸收峰.这些优良的光学特性表明,采用非平衡磁控溅射技术制备的无氢DLC膜可以作为窗口的红外增透保护膜使用.     

自偏压对含氢非晶碳膜光学特性的影响

利用射频等离子体增强化学气相沉积（RFPECVD）方法，以CH4、Ar和H2为气源，在CR-39树脂材料上制备出了含氢非晶碳膜（a-C：H膜）。研究了不同偏压对a-C：H膜生长过程和光学特性的影响。使用激光拉曼光谱（Raman）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对样品的结构和成分进行了表征，分别使用纳米压痕仪和紫外-可见光分光光度计测试了样品的机械和光学特性。结果表明，自偏压对a-C：H膜的生长具有重要影响。随着自偏压的升高，所沉积a-C：H膜中的sp^3含量降低，薄膜的硬度和光学透过率也下降。     

类金刚石薄膜光学特性的椭偏法研究

本文采用脉冲电弧离子镀的方法,在p型硅上沉积类金刚石薄膜,用椭偏法测试薄膜的光学常数.根据沉积方法的特点,建立一个四层结构的膜系,并由每一层的吸收情况合理选择色散关系;结合透过率的测试结果,利用光度法给测出薄膜折射率和厚度的估计值,作为椭偏法拟合的初值,拟合效果良好,得到薄膜的折射率、消光系数和几何厚度.     

宽谱增透双层TiO2-SiO2/SiO2薄膜的制备与性能

采用溶胶-凝胶法制备了双层TiO_2-SiO_2/SiO_2薄膜,调控了底层薄膜的折射率及双层薄膜不同的厚度匹配,研究了在不同厚度匹配下薄膜的光学性能。通过场发射扫描电子显微镜、椭偏仪、紫外-可见-红外分光光度计研究了薄膜的微观结构、厚度、折射率和光学透过率。研究表明:以TiO_2与SiO_2混合溶胶镀膜获得了折射率可调(1.5～2.0)的薄膜,在TiO_2-SiO_2层与SiO_2层的厚度分别约为160 nm、90 nm时获得了光学性能较优的薄膜,薄膜在光学宽谱380～1 100 nm范围内表现出明显的增透效果,可见光最高透过率可达97.5%,宽谱平均透过率为93.9%。     

Study of the moderate-temperature growth process of optical quality synthetic diamond films on quartz substrates

Growth of undoped and boron-doped diamond films on quartz substrates at moderate temperature of 500 °C by microwave plasma chemical vapor deposition method was studied in terms of growth rate, surface roughness and optical transmittance. Similar density of diamond seed particles on quartz surfaces seeded mechanically before the deposition process and diamond grains within diamond films grown on those substrates is observed. The growth rate is found similar to that reported for diamond deposited on silicon substrates in the same plasma deposition system, although with substantially higher activation energy. Furthermore, increased level of dopant concentration in the gas mixture resulted in a decrease of the growth rate, while a gradual reduction of the surface roughness occurred at high dopant levels. Overall, the highest measured regular optical transmittance of the undoped diamond film on quartz was 45% at 1100 nm (including quartz absorption), whereas that of boron-doped diamond peaked 5% at 700 nm (tail absorption of boron centers).     

微波PCVD法大尺寸透明自支撑金刚石膜的制备及红外透过率

采用微波PCVD方法制备出直径50mm膜厚300um的大尺寸透明自支撑金刚石膜.在甲烷体积分数2%的条件下制备的透明自支撑金刚石膜经过两面抛光后在500cm-1-4000cm-1红外波段范同内红外透过率达到70%,但是其生长速率只有1um/h-2um/h.在体积分数4%甲烷浓度下制备的自支撑透明金刚石膜,其生长速率达到7um/h～8um/h,经过两面抛光之后膜厚为260um的金刚石膜的在500cm-1～4000cm-1红外波段范围内红外透过率达到60%左右,而且膜中心和边缘区的红外透过率基本相同.这些结果为大尺寸金刚石厚膜在红外窗口上的实际应用奠定了基础.     

CO2对MPCVD制备金刚石膜的影响研究

应用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术,以CH4／H2／N2为主要气源,通过添加CO2辅助气体,并与未添加CO2辅助气体进行对比,进行了金刚石膜沉积。研究了添加不同浓度CO2对生长金刚石膜的影响。结果表明：当CO2流量在0～25cm3／min范围变化时,金刚石膜表面粗糙度分别为8．9nm、6．8nm、9．2nm、9．6nm。表明适量引入CO2可以降低膜面粗糙度,但是进一步提高CO2流量,膜面粗糙度反而上升。同时当CO：流量在0～15cm3／min范围变化时,金刚石膜的品质和生长都表现出上升趋势,但是超过该流量,其品质和生长率都出现下降趋势。另外,当CO2流量为15cm3／min,生长的金刚石膜不仅品质好,而且生长率也较高。     

硅衬底上高增透金刚石膜的制备研究

采用甲烷和氢气作为工作气体,在热丝化学气相沉积(HFCVD)设备上采用五段式沉积法制备了金刚石薄膜,用扫描电子显微镜(SEM)、激光拉曼光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及傅立叶红外光谱仪研究了金刚石膜的结构和性质.结果表明,采用五段式沉积法可以得到晶粒大小达到纳米级的、表面粗糙度较小、金刚石纯度较高的金刚石膜,其最大增透率超过70%,能满足作为光学窗口增透膜的应用要求.     

不同有机单体等离子体聚合的对比研究

采用等离子体聚合的方法对正丙醇和丙烯醇进行了聚合,成功地在Si基体上得到了有机高分子薄膜,利用FT-IR,XPS研究了薄膜的结构,表明薄膜呈现出一种嵌段的高分子薄膜结构,利用AFM研究了薄膜的表面形貌并且测量了表面粗糙度,研究表明,等离子体聚合后薄膜表面十分平整,平均粗糙度在2 nm以内,利用测量薄膜表面接触角的方法计算了材料的表面能以及临界表面自由能,并且进行了讨论分析.     

工艺条件对金刚石膜红外透射率影响的研究

为了优化金刚石沉积工艺,制备高透射率的CVD金刚石薄膜,采用傅里叶红外光谱仪对不同工艺条件下制备的CVD金刚石膜的红外透射率进行了测量,分析了不同工艺条件对金刚石膜红外透射率的影响,获得了最佳沉积参数.结果表明,金刚石膜的红外透射率与工艺条件密切相关,当衬底温度为750℃,碳源体积分数为2%,压强为2.5kPa时沉积的金刚石膜红外透射率最佳.     

Studies on polycrystalline Cd0.96Zn0.04Te thin films prepared by vacuum evaporation

Polycrystalline Cd_0.96Zn_0.04Te thin films are deposited onto glass substrates (Corning 7059) kept at room temperature by vacuum evaporation. The films exhibit zinc blende structure with predominant (1 1 1) orientation. The rms roughness of the films evaluated by atomic force microscope is 3.7 nm. The band gap energy of the films measured by optical transmittance measurement is 1.539 eV. The photoluminescence (PL) spectrum of the films shows intense emission due to free and bound exciton recombination and no emission associated with crystal imperfection and PL line shapes give indications of the high quality of the layers. These films have been implanted with properly mass analyzed Boron ions (¹⁰B⁺) and the effect of implantation has been analyzed by X-ray diffraction, Raman scattering and optical transmittance measurements and the results are explained on the basis of the implantation induced surface roughness and lattice disorder.     

Chemical/mechanical polishing of diamond films assisted by molten mixture of LiNO3 and KNO3

Chemical/mechanical polishing can be used to polish the rough surface of diamond films prepared by chemical vapor deposition (CVD). In this paper, a mixture of oxidizing agents (LiNO₃ + KNO₃) has been introduced to improve the material removal rate and the surface roughness in chemical/mechanical polishing because of its lower melting point. It had been shown that by using this mixture the surface roughness R_a (arithmetic average roughness) could be reduced from 8-17 to 0.4 μm in 3 h of polishing, and the material removal rate can reach 1.7-2.3 mg/cm²/h at the temperature of 623 K. Pure aluminium is compared with cast iron as the contact disk material in the polishing. Although the material removal rate of aluminiumdisk is lower than that of cast iron, it can eliminate the carbon contamination from the contact disk to the surface of diamond films, and facilitate the analysis of the status of diamond in the chemical/mechanical polishing. The surface character and material removal rate of diamond films under different polishing pressure and rotating speed have also been studied. Graphite and amorphous carbon were detected on the surface of polished diamond films by Raman spectroscopy. It has been found that the oxidization and graphitization combined with mechanical cracking account for the high material removal rate in chemical/mechanical polishing of diamond films.     

掺硼对超纳米金刚石薄膜的影响

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,利用氩气、甲烷、二氧化碳混合气体,制备出平均晶粒尺寸在7.480 nm左右,表面粗糙度在15.72 nm左右的高质量的超纳米金刚石薄膜;在此工艺基础上以硼烷作为掺杂气体,合成掺硼的金刚石薄膜.表征结果显示在一定的浓度范围内随着硼烷气体的通入,金刚石薄膜的晶粒尺寸及表面粗糙度增大、结晶性变好,不再具有超纳米金刚石膜的显微结构和表面形态;同时膜材的物相组成也发生改变,金刚石组份逐渐增多,并且膜层内出现了更明显的应力以及更好的导电性能.