氧气流量对MPCVD制备微/纳米双层金刚石膜的影响

应用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,以CH4/H2/Ar为主要气源,成功制备出了微/纳米双层金刚石膜.同时,在纳米膜层生长过程中,通过添加O2辅助气体,研究了不同O2流量对微/纳米金刚石膜生长的影响.结果表明,当O2流量在0 ～ 0.8 sccm范围时,所获得的金刚石膜仍为微/纳米两层膜结构;当氧气流量增加到1.2 sccm时,金刚石膜只有一层微米膜结构;而O2流量在0～ 1.2 sccm范围时,纳米层晶粒尺寸及品质与氧气流量成正比例关系.表明适量引入O2可以促进纳米层晶粒长大和提高膜品质.另外,当O2流量为0.8 sccm,所制备的微/纳米金刚石膜不仅品质好,而且生长率也较高.     

气体流量对TYUT型MPCVD装置沉积大面积金刚石膜的影响

使用自行研制的频率为2.45 GHz的TYUT型MPCVD装置,以H2和CH4为气源,在功率为8 kW、基片温度为1000℃、气体流量为100～800 sccm条件下,进行了直径为65 mm的大面积金刚石膜的沉积实验.使用扫描电镜、X射线衍射仪、数字千分尺和Raman光谱仪等仪器分别对金刚石膜的表面形貌、取向、厚度和品质进行了表征.实验结果表明,气体流量的变化会对金刚石膜的晶粒尺寸,晶体取向,沉积速率,厚度均匀性和品质产生较大的影响.气体流量在300～600 sccm范围内制备的金刚石膜才兼具晶粒尺寸均匀性好、表面缺陷少和品质高的优点.     

加氮对直流电弧等离子体喷射金刚石膜生长、形貌和质量的影响

利用直流等离子体喷射化学气相沉积法制备掺氮的金刚石厚膜.本文研究了在甲烷/氩气/氢气中加入氮气对金刚石膜生长、形貌和质量的影响.反应气体的比例由质量流量计控制,在固定氢气(5000sccm)、氩气(3000sccm)、甲烷(100sccm)流量的情况下改变氮气的流量,即反应气体中氮原子和碳原子的变化比例(N/ C比)范围是从0.06到0.68.同时金刚石膜在固定的腔体压力(4kPa)和衬底温度(800℃)下生长.金刚石膜用扫描电镜(SEM)、拉曼谱和X射线衍射表征.结果表明,氮气在反应气体中的大量加入对直流等离子体喷射制备金刚石膜的形貌、生长速率、晶体取向、成核密度等有非常显著的影响.     

氧气流量对MgxZn1-xO薄膜择优取向的影响

利用脉冲激光沉积技术,选用靶材为Mg0.5Zn0.5O陶瓷靶材,在非晶石英衬底上研究氧气流量对MgxZn1-xO合金薄膜生长取向的影响.结果表明:在低压、低氧气流量条件下薄膜的成核生长主要受控于晶面的表面能,薄膜为(200)晶向;在沉积压强8.0Pa时,随着氧气流量的增加,反应粒子的能量降低,不同取向晶粒的生长速率发生变化,导致MgZnO薄膜的生长取向由(200)择优取向转变为(111)择优取向.当氧气流量过大(70 sccm)时,由于氧气分子迁移能的提高,MgZnO薄膜呈现多个不同生长取向.     

TiAl过渡层对电弧离子镀沉积TiAlN膜层的影响

利用电弧离子镀,在不锈钢和SiCP增强2024铝基复合材料基底上沉积TiAlN薄膜.结果表明:TiAlN膜层直接沉积在不锈钢基底上,膜层呈[111]择优取向;然而,TiAlN膜层沉积在不锈钢基底的TiAl过渡层上,膜层呈[220]方向择优取向;并且随着过渡层从零开始增厚,TiAlN膜层的织构系数T(111)逐渐减小,而T(200)逐渐增大,但膜层一直以[220]方向择优取向,内应力的存在可能是膜层产生[220]方向择优取向的原因.在复合材料基底TiAl过渡层上沉积,随着负脉冲偏压的增加,TiAlN膜层的择优取向由[111]向[200]转变.在不锈钢基底上,没有TiAl过渡层时,膜层表面相对光滑,大颗粒较少;有了TiAl过渡层,表面大颗粒较多;TiAl过渡层不同沉积时间对膜层表面影响不大,颗粒尺寸相差无几.没有TiAl过渡层时,膜层结合强度很差,有了TiAl过渡层,结合强度明显增加,但结合强度的大小随过渡层沉积时间(厚度)变化.     

最优实验条件下碳纳米管膜电极的制备

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在附着有催化剂的石墨片衬底上原位沉积了碳纳米管膜电极.通过正交设计方法综合研究了反应温度、镍膜厚度、沉积时间、甲烷流量对碳纳米管膜电化学性能的影响.结果表明:不同条件下制备的碳纳米管膜的电化学性能有很大差异,其中起主要作用是甲烷流量和反应温度.保持工作压强(6.5×103 Pa)和氢气的流量(100 sccm)不变,温度为700~800 ℃时,甲烷流量为5 sccm,Ni膜厚度为150 nm,生长时间为5 min,所得碳纳米管膜电极电化学性能最佳,氧化峰电流最大,达到14 nA.     

Si基上电沉积Cu薄膜的形貌与择优取向

采用电化学沉积技术在Si衬底上沉积了Cu膜.场发射扫描电镜和X射线衍射分析表明:膜中存在Cu纳米颗粒, 并且表现出择优取向,与衬底的取向和斜切角度以及沉积电流密度有关.在Si(100) 衬底上,铜(220)晶面的织构系数随电流密度的增加而增加.在相同沉积条件下,在斜切角较小的Si(111)和Si(100)衬底上择优取向面都是铜 (220) 面,而在斜切角为4°的Si(111)衬底上铜(111)晶面为择优取向面.     

金刚石薄膜的ECR CVD及分形现象研究

用ECR CVD(电子回旋共振化学气相沉积)方法沉积出了多晶金刚石薄膜,测量了薄膜的Raman散射谱、X射线衍射谱和SEM.生长条件是:V(CH4)/V(H2)=4;,气体总流量是150sccm,反应压力是0.1Pa,微波功率是700W,衬底偏压是-150V.发现了在金刚石薄膜沉积初期阶段的分形生长现象,用DLA模型解释了其分形生长机制,用Monte Carlo方法对其生长过程进行了计算机模拟,理论与实验结果相符.     

氩气浓度对氮掺杂金刚石膜的影响

采用直流热阴极等离子体化学气相沉积(DC-PCVD)方法,以三聚氰胺(C3H6N6)的甲醇(CH3OH)饱和溶液为掺杂源,通过改变反应气氛中的Ar浓度,在P型Si(111)基片上沉积了氮掺杂纳米金刚石膜.采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、霍尔测试系统等分析了不同Ar浓度对氮掺杂金刚石膜生长特性的影响.结果表明:随着Ar浓度的增加,膜的晶粒尺寸逐渐减小,表面变得光滑平整;由拉曼G峰漂移引起的压应力先减小后增大;膜的导电性能变好.且由于C3H6N6的引入,使得在较低的Ar浓度下(H2/Ar流量比为100/100时),即可制得晶粒尺寸在30 ～ 50 nm的高质量的金刚石膜样品,远低于H2/Ar体系的Ar浓度为90;的阈值.     

TiAl过渡层对电弧离子镀沉积TiAIN膜层的影响

利用电弧离子镀，在不锈钢和SiCp增强2024铝基复合材料基底上沉积TiAIN薄膜。结果表明：TiAIN膜层直接沉积在不锈钢基底上，膜层呈[111]择优取向；然而，TiAIN膜层沉积在不锈钢基底的TiAl过渡层上，膜层呈[220]方向择优取向；并且随着过渡层从零开始增厚，TiAIN膜层的织构系数T(111)逐渐减小，而T(200)逐渐增大，但膜层一直以[220]方向择优取向，内应力的存在可能是膜层产生[220]方向择优取向的原因。在复合材料基底TiAl过渡层上沉积，随着负脉冲偏压的增加，TiAIN膜层的择优取向由[111]向[200]转变。在不锈钢基底上，没有TiAl过渡层时，膜层表面相对光滑，大颗粒较少；有了TiAl过渡层，表面大颗粒较多；TiAl过渡层不同沉积时间对膜层表面影响不大，颗粒尺寸相差无几。没有TiAl过渡层时，膜层结合强度很差，有了TiAl过渡层，结合强度明显增加，但结合强度的大小随过渡层沉积时间(厚度)变化。     

氩气对直流弧光放电PCVD金刚石薄膜晶体特征的影响

本文采用自主研制的直流弧光放电等离子体CVD设备,在YG6硬质合金基体上进行了不同氩气流量下金刚石薄膜的制备研究.采用SEM对金刚石薄膜的晶体特征进行了观察.结果表明,氩气对直流弧光放电等离子体CVD金刚石薄膜的晶体特征有明显影响.在CH_4/H_2恒定时(0.8;),硬质合金基体上制备的金刚石薄膜表面形貌随Ar流量增加而变化的规律,即从以(111)八面体晶面为主→(111)和(100)立方八面体混杂晶面→以(100)立方体晶面为主→菜花状的顺序转变;当Ar流量为420～700 mL/min时,金刚石晶粒的平均尺寸由1.5 μm 逐步增大到7 μm;Ar流量为700～910 mL/min时,金刚石晶粒的平均尺寸由7 μm急剧减小到纳米尺度,约50 nm.     

反应磁控溅射制备AZO薄膜相结构的演化及机理研究

在室温下,利用直流反应磁控溅射技术在不同的氧气流量下沉积ZnO∶ Al (AZO)薄膜.采用XRD、SEM和TEM技术分析薄膜相成分、表面截面形貌及微观结构.结果表明:氧气流量为2.5 sccm时,沉积形成的薄膜为不透明具有金属导电性能的AZO/Zn( AZO)双层复合膜结构;氧气流量为3.5 sccm时,沉积形成了透明导电的AZO薄膜;氧气流量为5.0 sccm时,形成了透明不导电且含有纳米Al2O3颗粒的AZO薄膜;此外,AZO薄膜在400℃退火后,薄膜晶粒长大和(002)晶面方向择优生长更加明显以及高氧气流量沉积的AZO薄膜中的纳米Al2O3颗粒消失.     

The influence of N2 flow rate and substrate temperature on Ti1‐xAlxN thin films

Titanium aluminium nitride (Ti_1‐xAl_xN) films have been deposited on silicon (111) substrate at a N₂ flow rate of 2 sccm and 20 sccm and at a substrate temperature of 773 K and at a N₂ flow rate of 2 sccm and at a substrate temperature of 873 K by reactive DC magnetron sputtering technique. The effect of N₂ flow rate and substrate temperature on the grain size and surface roughness of the deposited films have been investigated. The films have been analysed by X‐ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM). The films were found to be nanocrystalline. While the grain size of the films decreases with increasing N₂ flow rate and decreases with increasing substrate temperature, the surface roughness of the films decreases with increasing N₂ flow rate and increases with increasing temperature. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法(纯金属锌作为靶材,Ar-N2-O2混合气体作为溅射气体)在石英玻璃衬底上制备了N掺杂p型ZnO薄膜.通过XRD、Hall和紫外可见透射谱分别研究了衬底温度对ZnO薄膜结构性能、电学性能和光学性能的影响.XRD结果显示所有制备的薄膜都具有垂直于衬底的c轴择优取向,并且随着衬底温度的增加,薄膜的晶体质量得到了提高.Hall测试表明衬底温度对p型ZnO薄膜的电阻率具有较大影响,400℃下生长的p型ZnO薄膜由于具有较高的迁移率(1.32 cm2/Vs)和载流子浓度(5.58×1017cm-3),因此表现出了最小的电阻率(8.44Ω·cm).     

热壁外延制备InAs/Si(211)薄膜及其电学性能研究

采用热壁外延(Hot Wall Epitaxy,HWE)沉积系统在单晶Si(211)衬底表面制备了InAs薄膜,研究了不同生长温度(300℃、350℃、400℃、450℃和500℃)对薄膜材料结构及其电学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、霍尔(Hall)测试等,对InAs/Si(211)薄膜的晶体结构、表面形貌及电学参数进行了测试分析.结果表明:采用HWE技术在Si(211)衬底表面成功制备了InAs薄膜,薄膜具有闪锌矿结构并沿(111)方向择优生长.随着生长温度从300℃升高到500℃,全峰半高宽(FWHM)先减小后增大,生长温度为400℃时薄膜的晶粒尺寸最大为73.4 nm,载流子浓度达到1022 cm-3,霍尔迁移率数值约为102 cm2/(V·s),说明优化生长温度能够降低InAs薄膜的缺陷复合,使薄膜结晶质量和电学性能得到提高.SEM及AFM的测试结果显示由于较高的晶格失配及Si衬底斜切面(211)的特殊取向,在Si(211)衬底上生长的InAs薄膜主要为三维层加岛状(S-K)生长模式,表面粗糙度(Ra)随温度的升高先减小后增大,400℃时薄膜的平均表面粗糙度Ra为48.37 nm.     

B掺杂对平面结构MOCVD-ZnO薄膜性能的影响

本文研究了B2H6掺杂流量(B掺杂)对平面结构MOCVD-ZnO薄膜的微观结构和光电性能影响.XRD、SEM和AFM测试的研究结果表明,玻璃衬底上制备的ZnO薄膜具有(002)峰择优取向的平面结构,B掺杂使薄膜的球状晶粒尺寸变小,10 sccm流量时晶粒尺寸为～15 nm.ZnO:B薄膜的最小电阻率为5.7×10-3Ω·cm.生长的ZnO薄膜(厚度d=1150 nm)在400～900 nm范围的透过率为82;～97;,且随着B2H6掺杂流量增大,光学吸收边呈现蓝移(即光学带隙Eg展宽)现象.     

Structure of autoepitaxial diamond films

A reflection high energy electron diffraction (RHEED) method has been used to investigate the structural peculiarities of synthetic diamond autoepitaxial films, deposited from a gaseous phase onto natural diamond seed crystal. The diamond films on the (111) and (110) faces usually have internal stresses, which cause the (111) plane microtwinning process at thicknesses of about 1000 Å. The thickness of twin lamellas is about 0.01?1μm. On the (100) face the diamond films do not undergo twinning and have a high structural perfection.     

Temperature gradient induced phase transitions and morphological changes in diamond thin film

The diamond films were deposited onto a wurtzite gallium nitride (GaN) thin film substrate using hot-filament chemical vapor deposition (HFCVD). During the film deposition a lateral temperature gradient was imposed across the substrate by inclining the substrate. As grown films predominantly showed the hexagonal phase, when no inclination was applied to the substrate. Tilting the substrate with respect to the heating filament by 6° imposed a lateral temperature gradient across the substrate, which induced the formation of a cubic diamond phase. Diamond grains were predominantly oriented in the (100) direction. However, a further increase in the substrate tilt angle to 12°, resulted in grains oriented in the (111) direction. The growth rate and hence the morphology of diamond grains varied along the inclined substrate. The present study focuses on the measurements of dominant phase formation and crystal orientation with varying substrate inclination using orientation-imaging microscopy (OIM). This technique enables direct examination of individual diamond grains and their crystallographic orientation.     

氩气对MPCVD制备纳米金刚石薄膜的影响

纳米金刚石(NCD)在精密机械、光学真空窗口等领域具有广泛的应用.利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)以乙醇、氩气和氢气为气源,通过改变氩气浓度探究氩气对NCD膜光学性质的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、Raman光谱、X射线衍射仪(XRD)和红外光谱对不同氩气浓度沉积的薄膜的结构、成分和性质进行表征.结果表明,随着氩气浓度升高,NCD膜表面粗糙度降低,同时金刚石的纯度下降,在此作用下,NCD膜的透光性随氩气浓度先升高后降.