压力对热丝化学气相沉积的CH_4/H_2/Ar气氛中的纳米金刚石薄膜生长的影响(英文)

在热丝化学气相沉积体系中,系统研究了气压对CH4/H2/Ar气氛中纳米金刚石薄膜生长的影响.研究发现,体系气压对纳米金刚石的生长有很大的影响.在40torr的气压下,在CH4/H2/Ar气氛中的Ar气含量需高达90%才能保证纳米金刚石薄膜的生长,但降低气压至5torr时,50%的Ar气含量即可保证纳米金刚石薄膜的生长.压力对薄膜生长表面的气体浓度的影响是这个转变的主要原因.在同样的Ar含量下,在5torr下的C2活性基团的浓度高于40 torr的浓度,因而低的Ar含量会保证纳米金刚石薄膜的生长.     

含氧碳源提高金刚石膜沉积速率的研究

采用微波等离子体化学气相法合成的金刚石膜质量好，但采用常规CH4-H2反应气体体系，金刚石膜的沉积速率较慢。为此，实验研究了C2H5OH-H2、CH3COCH3-H2等含氧体系下碳源浓度、微波功率、气体压力对金刚石膜沉积速率、表面形貌、电阻率的影响。结果表明，使用C2H5OH—H2、CH3COCH3-H2等含氧体系，金...     

不同等离子体体系中纳米金刚石薄膜制备的研究

利用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法分别在CH4／H2／Ar体系、CH4／H2／O2体系和C2H5OH／H2体系中进行纳米金刚石（NCD）薄膜的制备研究。采用原子力显微镜（AFM）和激光拉曼光谱（Raman）等方法对不同体系中制备得到的NCD薄膜的表面形貌及其质量进行了检测。结果表明：在CH4／H2体系中添加O2对于促进高平整度NCD薄膜的效果明显优于添加At;C2H5OH／H2体系更有利于制备颗粒更细、金刚石相含量更高的NCD薄膜。利用等离子体CVD技术的相关理论对上述结论进行了理论分析。     

直流热阴极CVD金刚石薄膜生长特性研究

为了获得高质量的金刚石薄膜,采用直流热阴极化学气相沉积系统分别在不同基片温度和不同碳源气体含量条件下生长金刚石薄膜,利用Raman光谱、SEM和XRD检测方法研究了基片温度和碳源气体含量对金刚石薄膜生长特性的影响.结果表明,金刚石薄膜与基片Mo之间有Mo2C的过渡层存在;1000℃的温度能够促进金刚石晶体的生长,抑制其他碳杂质的形成,CH4体积分数为2%适于快速生长高纯度的金刚石薄膜.     

微波功率对掺氮纳米金刚石薄膜组成、结构及性能的影响

以CH4和CO2作生长金刚石薄膜的反应气体,以Ar作载气将三聚氰胺甲醇饱和溶液带入沉积室内作氮掺杂源,用微波等离子体化学气相沉积法在单晶硅衬底上制备出掺氮纳米金刚石薄膜。通过拉曼光谱、原子力显微镜、霍尔效应研究了掺氮纳米金刚石薄膜的组成、结构和导电性能,重点研究了微波输入功率对薄膜特性的影响。结果表明,制备的掺氮纳米金刚石薄膜具有良好的电子导电性,且随着激发等离子体微波功率的增大,其晶粒尺寸、晶界宽度、表面粗糙度和电导率增大,在最佳微波功率条件下制备出电子电导率高、材料质量好的纳米金刚石薄膜。     

沉积参数对化学气相沉积纳米金刚石薄膜的影响

用强电流直流伸展电弧化学气相沉积金刚石薄膜装置,在CH4-Ar和CH4-H2-Ar气氛中沉积了纳米金刚石薄膜,研究了沉积气氛中H2加入量和沉积压力对金刚石薄膜显微组织和生长机制的影响.沉积气氛中H2含量对金刚石薄膜的表面形貌、晶粒尺寸和生长速度有显著影响,随着H2含量增加,金刚石晶粒尺寸增大,薄膜生长速度提高.在1%CH4-Ar气氛中沉积的纳米金刚石薄膜,晶粒尺寸细小,薄膜表面形貌光滑平整.在1%CH4-少量H2-Ar气氛中沉积的金刚石薄膜,晶粒尺寸小于100nm,薄膜表面形貌较平整.随着沉积压力提高,金刚石薄膜的生长速度增大.用激光Ram an对金刚石薄膜进行了表征.     

ECR-RF双功率源等离子体化学气相沉积制备类金刚石薄膜的研究

利用微波ECR加射频功率源等离子体化学气相沉积技术,以CH4为碳源气体,Ar气为稀释气体,在硅片(100)上制备了类金刚石薄膜.Raman光谱证实了薄膜的类金刚石特性;傅立叶变换红外光谱表明薄膜中存在明显的C-H键结构.采用AFM观察了表面形貌,均方根粗糙度大约为1.489nm,表明薄膜表面比较光滑.最后对其进行了摩擦性能测试,薄膜的平均摩擦系数为0.102.     

MPCVD法制备低粒径纳米金刚石薄膜的研究

采用微波等离子体化学气相沉积法,以Ar/H2/CH4为气源,通过改变气源流量比例和功率,探究生长低粒径纳米金刚石的最佳条件。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分别对制备出的薄膜的晶粒尺寸和表面形貌进行了表征,并采用拉曼散射光谱仪对薄膜的质量及残余应力进行了分析。结果表明:氩氢浓度比例相对于功率和甲烷浓度等因素对金刚石粒径影响较大;随着氩氢浓度比例增大,金刚石粒径呈减小趋势;金刚石相对于石墨相的含量先减小后增大,且由拉曼G峰引起的拉应力不断增大;膜表面的团聚体尺寸逐渐减小,平整度随之提升。     

基片位置对微波等离子体合成金刚石的影响

用自制的微波功率为5kW的微波等离子体(MPCVD)装置、用H2/CH4/H2O作为反应气体在较高的沉积气压(12.0kPa)条件下,研究了基片放置在等离子体球边缘附近不同位置对CVD金刚石沉积和生长的影响。结果表明,CVD金刚石的形核和生长对环境的要求是不同的;在等离子体球边缘处不利于金刚石的形核,但有利于高质量金刚石的沉积。     

气体流动方式对MPCVD金刚石薄膜均匀性的影响

在实验室自主研制的10 kW微波等离子体化学气相沉积装置上,通过改变气体的进出方式,探讨了气体流动方式对金刚石膜均匀性和质量的影响。结果表明:随着Si基片表面气体分子数增多,等离子体中的H原子和CH活性基团强度增强,扩散到基片表面中心的原子H和含碳活性基团增多,基片中心区域的金刚石膜生长速率略微有所提升,由原来的2.5μm/h提高到2.8μm/h,沉积得到的金刚石膜质量和均匀性均得到改善。     

磁镜场在直接耦合式微波等离子体CVD金刚石膜装置中的应用

在自行设计的直接耦合石英管式微波等离子体化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）金刚石膜装置的石英管反应腔加上磁镜场来约束等离子体,使等离子体球成为“碟盘”状,提高了等离子体球的密度,在基本参数为反应压力2.5kPa、基片温度450℃、Ar、CH4、H2气体流量分别为40sccm、4sccm、60sccm,则沉积面积可由30mm增长到50mm,沉积速率由3.3μm/h增长到3.8μm/h,反射电流由15μA减小到5μA。从而大大减少了薄膜在石英管壁和观察窗上的沉积,更好地利用微波能量,有效利用电离的活性基团沉积出高质量的金刚石薄膜。     

YG6基体上沉积金刚石膜的形貌不均匀性

研究了CH4／H2、气体流量和基片温度对YG6基体上沉积金刚石膜形貌不均匀性的影响，分析了形貌不均匀现象产生的原因。认为该现象与微波等离子体中电子浓度的分布特点有关。     

氧碳比对MPCVD法同质外延单晶金刚石的影响

以Ib型(100)取向高温高压(HPHT)单晶金刚石为基底、H2-CH4-CO2混合气为反应气源,利用10kW、2.45GHz不锈钢谐振腔式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置进行金刚石同质外延生长。通过光学显微镜表征外延生长金刚石的表面形貌;Raman光谱表征金刚石的结晶质量;螺旋测微仪测厚再计算生长速率,着重探讨工艺因素中氧碳比对同质外延金刚石生长速率、表面形貌、金刚石结晶质量的影响。结果表明随着氧碳比的增加,金刚石生长模式由二维形核模式转变为台阶流模式,结晶质量提高,生长速率变慢;在微波功率7.8kW、CH4浓度(与H2的比例)8%、气压18kPa、基底温度1080℃条件下,氧碳比为0.8时,金刚石结晶质量好且生长速率高(达16μm/h)。反应气源中引入合适比例的CO2是获得高的生长速率同时有效改善同质外延单晶金刚石结晶质量的有效方法。     

不同反应气源对制备纳米金刚石膜的影响

为确定两种典型的反应气源对制备纳米金刚石膜的影响,分别以CH4/Ar/H2及CH4/N2混合气体作为反应源,用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)法制备纳米金刚石薄膜.XRD和Raman分析表明两种气源条件下得到的膜材均为金刚石多晶膜,但用CH4/N2气为反应源沉积的膜材中非金刚石相成分明显更多;AFM和SEM对照分析证实所有膜层的平均晶粒尺寸及表面粗糙度均在几十纳米量级,但CH4/N2气源沉积的膜中容易形成异常长大的晶粒,不利于表面质量的提高.研究结果表明,以CH4/Ar/H2混合气体作为反应气源可制备物相组成纯度更高、表面形态更为优越的纳米金刚石膜.     

用RF-PECVD法制备类金刚石薄膜

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法在硅衬底上沉积类金刚石(DLC)薄膜,通过控制甲烷(CH4)与氩气(Ar)流量的比值(VCH4/VAr)分别在上极板和下极板上沉积制备出一系列DLC薄膜,用Raman光谱等检测技术表征了DLC薄膜的结构、表面粗糙度、表面形貌和硬度.结果 表明:随着VCH4/VAr比例...     

射频磁控溅射沉积高质量ZnO薄膜的工艺研究

在室温下利用射频磁控溅射法在硅(100)基片上制备ZnO薄膜,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结晶性能进行分析。研究了制备条件对薄膜沉积速率的影响。分析了薄膜沉积速率对薄膜结晶状况的影响及源气体中的氧气和氩气的流量比对薄膜结晶状况的影响。研究结果表明,薄膜的生长速率强烈依赖于射频功率和工作气压,薄膜的结晶性能强烈依赖于薄膜的沉积速率和反应气体中氧气和氩气的流量比。制备高结晶质量的ZnO薄膜的最佳工艺参数为靶到衬底的距离为4cm,输入功率为250W,源气体中氩气和氧气的流量比n(Ar)∶n(O2)为5∶20,溅射工作气压为2Pa。在最佳工艺条件下所制备的薄膜表面平整致密,接近单晶,在可见光区的透射率高达90%。     

单双层加热结构对纳米金刚石膜形貌及摩擦性能的影响

采用热丝化学气相沉积方法研究了CH4/H2体系不同沉积气压以及不同加热结构对金刚石薄膜组成及形貌的影响,并对其摩擦磨损性能进行了检测。结果表明:通过降低反应气体的压力和选择适当的碳源浓度的方法,可以获得纳米金刚石薄膜;采用双层丝加热,可以使颗粒尺寸及表面粗糙度控制在12 nm左右,并具有更低的摩擦系数,更好的耐磨性能。     

微波等离子体化学气相沉积方法制备纳米金刚石薄膜

为了制备出大面积均匀连续的纳米金刚石薄膜,并探索温度、气氛等条件对最终生长出的纳米金刚石薄膜样品的影响,使用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,改变CH_4、H_2、Ar气体比例以及衬底温度,在不同生长条件下制备了5组金刚石薄膜样品。5组样品分别使用ESEM和拉曼光谱进行成膜质量、形貌、结构以及组分的表征,分析了不同薄膜的成因和工艺参数的影响,并提出了进一步优化的方向。     

辅助气体压强比例对中频脉冲非平衡磁控溅射沉积类金刚石薄膜结构与性能的影响

以高纯石墨为靶材、氩气(Ar)和甲烷(CH4)为辅助气体,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在不同气体压强比例下制备了类金刚石薄膜,采用原子力显微镜、拉曼光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪、纳米压痕测试仪对所制备薄膜的表面形貌、微观结构、机械性能进行了分析.结果表明:当Ar气压强比例由17％增加到50％时,类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度、sp3杂化键含量、纳米硬度、弹性模量随Ar气压强比例的增加而增加,当Ar气压强比例由50％增加到86％时,薄膜的RMS表面粗糙度、sp3杂化键含量、纳米硬度、弹性模量随Ar气压强比例的增加而减小.以上结果说明辅助气体压强比例对类金刚石薄膜的表面形貌、微观结构、机械性能有较大的影响.     

DBD等离子体合成类金刚石薄膜及其性能表征

利用一种新颖的高气压介质阻挡放电(DBD)等离子体下游区装置,以CH4、H2和Ar气体分别作为碳源与稀释气体,成功地进行了快速合成类金刚石薄膜的探索.实验分别研究了不同气体比例条件下类金刚石薄膜的生长情况.并对所合成的薄膜分别进行了水接触角、表面粗糙度、红外光谱和Raman光谱测试分析.结果表明,在放电等离子体下游区能够快速沉积特征峰明显的类金刚石薄膜,充分体现了高气压介质阻挡放电在材料合成方面的优势.