發(fā)布時間：2021-04-09 22:43

　　金剛石是最重要的寬禁帶半導體材料之一，同時具有多種光、熱、電、磁等多種優(yōu)異特性，應用價值十分巨大。近年來，除了高質量金剛石體材料的生長特性及應用的研究取得重大進展之外，金剛石的微納結構化和金剛石色心的研究正成為金剛石領域的前沿和熱點研究課題。金剛石的納微結構化可以提升自身多種優(yōu)異特性，并獲得與尺寸及結構相關的新性質。金剛石中的色心具有單色性高、穩(wěn)定性好、可室溫操作等優(yōu)勢，可滿足單光子量子信息處理等應用的需求。迄今為止，在金剛石中發(fā)現(xiàn)的500多種色心發(fā)光特性研究中，涉及氮空位（N-V）和硅空位（Si-V）色心的最多。為了進一步提高各色心的輻射量子產率和發(fā)光強度，人們將各種納米結構與金剛石色心發(fā)光相結合，基于表面等離激元共振耦合，在理論和實驗上都取得了重要進展，極大地拓展了金剛石的基礎與應用研究領域。本文利用氧等離子體刻蝕覆金單晶金剛石單晶，制備了一種新型金剛石基的復合結構，即金納米顆粒（Au nanoparticle， Au-NP）/金剛石納米坑（diamond-nanopit）的Au-NP/diamond-nanopit。深入研究了該復合結構的制備過程及形成機制，基于該結構實現(xiàn)了對Si... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

金剛石原子結構和晶胞

.2蜂窩狀金剛石納米孔（nanoporous honeycomb）Masuda 和 Fujishima 等人在 2000 年采用射頻等離子體刻蝕機產生的氧，以多孔 Al2O3作為模板，在拋光的本征及硼摻雜 CVD 金剛石多晶膜蜂窩狀納米孔結構（圖 1.3a）[19]。圖 1.3b 為該結構的剖面圖，其中，徑大小由模板的孔徑決定，孔洞的深度可以通過刻蝕時間進行控制。的引入，使得硼摻雜金剛石薄膜的表面積增大。研究組開展了該結構方面的應用研究[20-22]，實驗表明（圖 1.3c），該結構與未刻蝕的硼摻雜金相比擁有更高的電容值，雙電層電容提高了~400 倍）[20]和更強的貯存（可存儲的能量密度達 76.5 Jg-1，優(yōu)于普通活性碳電極），及更優(yōu)異的能[21]，并且在有機電解質中具有高的孔阻抗[22]。如果基底為硅片上生長膜，最后可以通過腐蝕掉硅片從而形成貫通的孔洞[23]。

在金剛石上進行三維結構的微加工是一個技術上的挑戰(zhàn)ivero 等人首次在高溫高壓（HTHP）Ib 型單晶金剛石上制備了脊，如圖 1.4a 所示。首先，對基底進行離子注入，然后熱退火，從深度處形成掩埋層。之后，使用聚焦離子束（FIB）圖案銑削，使區(qū)域暴露，與化學試劑反應刻蝕掉，隨后進行剝離。最后進行第去除制備過程中產生的殘存損傷。該結構可用作波導元件，原理 所示。結果發(fā)現(xiàn)，同金剛石塊狀晶體用作波導元件相比（圖 1.4于沿著結構傳播模的干涉而在其輸出鏡中出現(xiàn)多模強度模式（圖波導行為奠定了良好的基礎。但由于使用 FIB，波導的長度限制在2008 年，Hiscocks 等人[25]進行了實驗設計的改進，用光刻和反應）取代了 FIB 處理技術，制備了長達 2.7 mm 的脊形波導結構（圖金剛石上大規(guī)模生產波導和集成微米光器件成為可能。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]量子光源綜述[J]. 張曉峰,朱俊,曾貴華.  南京郵電大學學報(自然科學版). 2011(02)
[2]微波等離子體化學氣相沉積金剛石膜裝置的研究進展[J]. 黃建良,汪建華,滿衛(wèi)東.  真空與低溫. 2008(01)
[3]金剛石顏色成因探討[J]. 殷小玲.  超硬材料工程. 2007(02)
[4]金剛石膜的性質、應用及國內外研究現(xiàn)狀[J]. 顧長志,金曾孫.  功能材料. 1997(03)
[5]金剛石的寶石學特征及改色研究[J]. 何雪梅,吳國忠,余曉艷.  礦床地質. 1996(S2)
[6]金剛石薄膜的導熱性質研究[J]. 顧毓沁,余立新,朱德忠.  中國科學E輯:技術科學. 1996(02)

博士論文
[1]CVD金剛石單晶生長及金剛石晶體管的研究[D]. 成紹恒.吉林大學 2012

碩士論文
[1]硼和氮摻雜CVD金剛石膜的生長及特性研究[D]. 盧冬.吉林大學 2010
[2]基于觸媒原理的CVD金剛石薄膜拋光[D]. 徐振浩.浙江工業(yè)大學 2010



本文編號：3128436