热丝CVD大面积金刚石薄膜的生长动力学研究

在传统工业型热丝化学气相沉积（HFCVD）反应腔内，相关工艺参数取模拟计算优化值的条件下，采用XRD，SEM及Raman光谱等分析手段研究了单晶Si（100）上较大面积金刚石薄膜的动力学生长行为，讨论了晶格取向的变化规律。结果表明：优化工艺参数条件下，在模拟计算的衬底温度和气体温度分布均匀的区域内，沉积的金刚石薄膜虽存在一定的内应力，但整体薄膜连续、均匀，几何晶形良好，质量较高，生长速率达1．8μm／h。薄膜生长过程中晶形显露面受衬底温度和活性生长基团浓度的影响较大。     

CVD金刚石薄膜的成核机制

已有许多有效的方法来提高ＣＶＤ金刚石薄膜的成核密度，但成核机理仍有很多问题，本文简要介绍作者在这方面的一些工作。     

甲烷浓度对金刚石薄膜质量的影响

纳米金刚石薄膜具有优异的性能,已在多个领域获得广泛应用.但微波等离子体化学气相沉积制备的金刚石薄膜质量却严重受沉积工艺的影响,为了深入了解沉积工艺对制备的金刚石薄膜质量的影响,本文详细研究了甲烷浓度对微波等离子体化学气相沉积( MPCVD)金刚石薄膜质量的影响,利用扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及原子力显微镜对其进行...     

CVD金刚石薄膜抛光技术的研究进展

采用化学气相沉积方法在非金刚石衬底上沉积的金刚石薄膜,本质上为多晶,而且表面粗糙。本文论述了目前国际上出现的抛光ＣＶＤ金刚石薄膜的主要方法,包括机械抛光法、热－化学抛光法、化学－＝机械抛光法、等离子体／离子束抛光法以及激光抛光法等。     

热丝CVD金刚石薄膜制备及碳纳米管形核作用的研究

利用热丝化学气相沉积法 (HF CVD)进行了金刚石薄膜制备和碳纳米管形核作用的研究。获得了制备金刚石薄膜的优化工艺参数。利用碳纳米管作为形核前驱获得了高质量的金刚石薄膜 ,其沉积速率可达 2 5 μm/h ,晶粒生长完美 ,而且没有出现聚晶现象。研究了碳纳米管涂料质量对薄膜沉积特性的影响 ,并对其机理进行了初步探讨     

热丝CVD金刚石薄膜制备及碳纳米管形核作用的研究

利用热丝化学气相沉积法（HF－CVD）进行了金刚石薄膜制备和碳纳米管形核作用的研究。获得了制备金刚石薄膜的优化工艺参数。利用碳纳米管作为形核前驱获得了高质量的金刚石薄膜，其沉积速率可达2．5μm/h，晶粒生长完善，而且没有出现聚晶现象。研究了碳纳米管涂料质量对薄膜沉积特性的影响，并对其机理进行了初步探讨。     

CVD金刚石薄膜抛光技术的研究进展

采用化学气相沉积 (CVD)方法在非金刚石衬底上沉积的金刚石薄膜 ,本质上为多晶 ,而且表面粗糙。然而 ,在金刚石薄膜的许多重要应用领域 ,如光学和电子学 ,都要求金刚石薄膜具有光滑表面 ,以便器件的制备或后续加工。本文论述了目前国际上出现的抛光CVD金刚石薄膜的主要方法 ,包括机械抛光法、热 化学抛光法、化学 机械抛光法、等离子体 /离子束抛光法以及激光抛光法等 ,深入分析了这些抛光方法的优点和不足 ,指出了今后需要重点解决的问题。最后 ,展望了CVD金刚石薄膜抛光技术的发展趋势     

原位氮掺杂对CVD金刚石薄膜生长和结构的影响

以氮气为杂质源，采用微波等离子体化学气相沉积技术进行了金刚石薄膜的原位掺杂，研究了氮掺杂对CVD金刚石薄膜的形貌结构和生长行为的影响。运用SEM，Raman，XRD和FTIR等手段对样品进行了分析表征。实验结构表明，原位氮掺发的CVD金刚石薄膜的晶面显露、晶粒尺寸、致密性、生长速率以及薄膜的微结构特征等均强烈的地依赖于反应气体中氮源浓度比；如果氮源气体流量适当，杂质氮不仅能进入金刚石薄膜晶格中，还能与薄膜中碳原子形成化学键结合。     

原位氮掺杂对CVD金刚石薄膜生长和结构的影响

以氮气为杂质源 ,采用微波等离子体化学气相沉积技术进行了金刚石薄膜的原位掺杂 ,研究了氮掺杂对CVD金刚石薄膜的形貌结构和生长行为的影响。运用SEM ,Raman ,XRD和FTIR等手段对样品进行了分析表征。实验结果表明 ,原位氮掺杂的CVD金刚石薄膜的晶面显露、晶粒尺寸、致密性、生长速率以及薄膜的微结构特征等均强烈地依赖于反应气体中氮源浓度比 ;如果氮源气体流量适当 ,杂质氮不仅能进入金刚石薄膜晶格中 ,还能与薄膜中碳原子形成化学键结合     

Grain-Scale Modeling of CVD of Polycrystalline Diamond Films

The evolution of grain size, grain-size distribution, morphological and crystallographic texture, surface roughness, and the contribution of various surface facets to the growth of polycrystalline diamond films is performed by carrying out a series of two-dimensional computer simulations. The films are assumed to grow from a set of randomly oriented, {100}- and {111}-faceted nuclei by the motion of their vertices (the points where the adjoining facets of the same or neighboring grains meet). The vertex velocities are found to be a function of the orientation and the growth rate of the adjoining facets. To quantify the latter, a {100} to {111} growth-rate parameter is used. The results show that the evolution of the grain size and its distribution, surface roughness, morphological and crystallographic texture, and the portion of the film grown from different surface facets are all mutually linked and governed by the magnitude of the growth-rate parameter. The latter can be controlled by the CVD processing conditions, such as the substrate temperature, reactor pressure, mole fraction of carbon-source gas (e.g., CH₄, C₂H₂).     

生长温度对CVD金刚石薄膜的影响

系统研究了ＣＶＤ金刚石薄膜成膜过程中生长温度对薄膜质量、生长率和力学性能的影响。研究结果表明：在典型沉积条件下，生长温度愈高、薄膜的晶体质量愈好；但薄膜的应力状况和附着性能变坏；在８００℃时，金刚石薄膜的生长速率最大。讨论了ＣＶＤ金刚石薄膜作为机械工具涂层的最佳生长温度。     

金刚石纳米粉促进的CVD金刚石薄膜的生长行为研究

采用由普通炸药爆轰制备的金刚石纳米粉对光滑硅衬底进行了涂覆预处理,研究了金刚石薄膜经徐覆和研磨预处理的两种衬底上的生长行为及其演化过程．结果表明,纳米粉处理能在显著提高成核密度的同时,大大缩短长成连续膜所用的时间;薄膜的生长由前后相继的两个阶段所构成,即确定晶面形成前球状颗粒的成长与融合和晶面的逐渐显露与晶粒长大过程．经足够长的生长时间后,所得薄膜具有结构致密、晶面清晰、晶形完整和表面平整度高的特征,特别适合于高致密性自支持薄膜的生长．而研磨处理衬底上生长的薄膜一旦成核,便有确定晶面的显露,但却出现明显的二次成核和孪晶,所得薄膜的致密性与表面平整度均不及徐覆处理的好．文中还对结果进行了简要讨论．     

[001]织构和非织构CVD金刚石膜的电学特性

研究了「００１」织构和非织构金刚石膜的暗电流－电压特性、电流－温度特性以及在稳定Ｘ射线辐照下的响应。结果表明「００１」织构的金刚石膜相对非织构多晶金刚石膜具有大的暗电流和Ｘ射线响应。主要由于非织构金刚石膜含有大量的晶粒间界,导致对载流子的传输产生强烈散射。在高于５００Ｋ的温度区域内,随着温度的上升「００１」织构和非强构的金刚石膜的电流都将以指数式上升,这与Ｓｉ占据金刚石格点产生１．６８ｅＶ的激活能有关。     

CVD金刚石薄膜的成核机理研究

利用热丝化学气相沉积 ,在预沉积无定形碳的硅镜面基底及表面研磨预处理的铜基底上 ,实现了金刚石薄膜的沉积 ,并由此讨论了金刚石的成核机理。研究表明 ,无定形碳是金刚石成核的前驱态 ;成核密度不仅与基底材料有关 ,更主要由基底的表面状态决定 ,基底表面状态的设计是改善成核密度的最有效的方法。     

热丝法化学气相沉积金刚石系统温度分布与薄膜生长关系研究

对热丝化学气相沉积金刚石薄膜系统内的三种传热方式（传导、对流和辐射）进行了比较分析,数值计算了气相空间温度分布和衬底表面二维温度分布。采用热丝化学气相沉积工艺制备了金刚石薄膜,扫描电镜结果显示金刚石薄膜在不同生长区域呈现出与温度分布相关的微观结构与形貌。     

复合抛光对 CVD金刚石薄膜表面光洁度的改进研究

采用激光抛光和热化学抛光相结合的方法，对通过热丝CVD方法生长的金刚石薄膜进行了复合抛光处理．并利用X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对金刚石薄膜进行了表征．结果表明，所合成的金刚石薄膜是高质量的多晶（111）取向膜；经复合抛光后，金刚石薄膜的结构没有因抛光而发生改变，金刚石薄膜的表面粗糙度明显降低，光洁度大幅度提高，表面粗糙度Ra在100nm左右，基本可以达到应用的要求．     

直流等离子体CVD金刚石膜的阴极发光性质的研究

本文研究了直流等离子体ＣＶＤ金刚石膜在常温和液氮温度下的阴极发光光谱，探讨了阴极发光谱中各峰的起因，并分析了光谱随测量温度和沉积条件的变化情况，讨论了造成这种变化的原因。研究表明，金刚石膜中缺陷和杂质以及金刚石膜的晶体结构对它的阴极发光光谱有重要的影响。     

钼片上CVD金刚石膜的界面研究

借助金相显微镜，ＳＥＭ、ＥＤＸＡ对钼片上ＣＶＤ金刚石膜的界面形貌和成分进行了研究，对比了加磁场与不加磁场所沉积的金刚石膜的横民面形态特征，结果表明：加磁场与否在ＣＶＤ金刚石膜和钼基体之间均存在数μｍ厚的Ｍｏ２Ｃ中间层，它呈细小柱状昌方式生长，该层以下的钼基体发生了再结晶细化；加磁场沉积的金刚石膜较致密，（显微）空隙数量较小、金刚石颗粒尺寸较小、金刚石膜背面粘附较多的Ｍｏ２Ｃ聚集物。压痕试验法评定的