本文關(guān)鍵詞：HFCVD法制備金剛石膜以及工藝參數(shù)對(duì)薄膜的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：采用熱絲化學(xué)氣相沉積法(HFCVD),使用CH4和H2作為反應(yīng)氣源,采用控制變量,在其他參數(shù)不變的情況下,改變燈絲的溫度,沉積的氣壓等參數(shù),在單面拋光的(110)單晶硅片、金剛石微粉和人造單晶金剛石表面沉積金剛石薄膜。使用掃描電子顯微鏡(SEM)、激光拉曼光譜法(Raman)和X射線衍射儀(XRD)檢測(cè)手段對(duì)薄膜的表面形貌和微觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在燈絲和襯底間距不變的情況下,改變燈絲的溫度會(huì)導(dǎo)致基片的溫度有所改變。當(dāng)沉積的溫度超過(guò)2500℃時(shí),由于金剛石高溫碳化,薄膜轉(zhuǎn)化為石墨;在燈絲為2300℃時(shí),由于氫的吸附量增加,對(duì)非金剛石相的刻蝕作用增強(qiáng),金剛石晶粒逐漸出現(xiàn)棱角,但是高溫和較高的氫的吸附量會(huì)導(dǎo)致金剛石晶粒堆聚形成球形的菜花狀;在燈絲2100℃時(shí),金剛石晶粒生長(zhǎng)連貫,晶粒尺寸大,且有明顯棱角,拉曼光譜上金剛石的1332cm-1特征峰非常尖銳;燈絲的溫度偏低會(huì)減小晶粒的尺寸,導(dǎo)致晶粒形狀改變,沒有固定的晶型。隨著溫度的降低,薄膜的殘余應(yīng)力由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。改變沉積氣壓在單晶硅片上沉積金剛石薄膜,隨著氣壓升高,金剛石晶粒尺寸逐漸增大。當(dāng)氣壓為3000Pa時(shí),在拉曼光譜1135cm-1處有特征峰出現(xiàn),一般認(rèn)為是無(wú)序的sp3碳或者為納米金剛石的特征峰,SEM觀察金剛石晶粒尺寸非常小,所制備的薄膜為納米金剛石膜;升高氣壓,金剛石在1332cm-1附近的特征峰更加尖銳,通過(guò)XRD分析所制備的金剛石含有(111)晶面、(110)晶面和(311)晶面,金剛石晶粒在SEM觀察下逐漸明顯,尺寸變大并且晶粒形狀規(guī)則完整,呈立方體結(jié)構(gòu)。在氣壓為7000Pa時(shí)所沉積制備出的金剛石薄膜晶粒尺寸最大,生長(zhǎng)緊密有棱角,薄膜金剛石峰最為尖銳,非金剛石相sp2碳含量最少,并且薄膜的殘余應(yīng)力最小,XRD分析(111)面生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)最為顯著。在金剛石微粉上沉積出來(lái)的金剛石膜Raman光譜分析,金剛石特征峰非常尖銳,而且在1140cm-1處也出現(xiàn)了納米晶的峰,電鏡觀察薄膜生長(zhǎng)致密,金剛石晶粒很小,許多微晶金剛石堆聚呈球形的菜花狀,金剛石晶粒尺寸為納米級(jí)。隨著沉積時(shí)間的增加,微晶堆聚的球形尺寸減小,納米金剛石含量增加。在人造單晶金剛石表面沉積的金剛石薄膜表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析質(zhì)量也非常優(yōu)異。
【關(guān)鍵詞】：熱絲CVD 金剛石薄膜 金剛石微粉 人造單晶金剛石
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ163;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 金剛石的結(jié)構(gòu)及分類12-15
• 1.1.1 金剛石的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.1.2 金剛石的分類13-15
• 1.2 金剛石的性質(zhì)15-19
• 1.2.1 力學(xué)性質(zhì)16
• 1.2.2 電學(xué)性質(zhì)16-17
• 1.2.3 熱學(xué)性質(zhì)17-18
• 1.2.4 光學(xué)性質(zhì)18-19
• 1.2.5 其他性能19
• 1.3 金剛石薄膜的應(yīng)用19-21
• 1.3.1 金剛石薄膜在機(jī)械方面的應(yīng)用20
• 1.3.2 金剛石薄膜在熱學(xué)方面的應(yīng)用20
• 1.3.3 金剛石薄膜在光學(xué)方面的應(yīng)用20-21
• 1.3.4 金剛石薄膜在電學(xué)方面的應(yīng)用21
• 1.3.5 金剛石薄膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)用21
• 1.4 金剛石薄膜研究進(jìn)展21-23
• 1.5 本文研究意義及研究?jī)?nèi)容23-26
• 第二章 CVD沉積金剛石薄膜原理26-30
• 2.1 熱絲法26-27
• 2.2 微波等離子體法27
• 2.3 其他制備方法27-28
• 2.4 幾種CVD法優(yōu)缺點(diǎn)比較28-30
• 第三章 HFCVD法制備金剛石薄膜及表征手段30-38
• 3.1 HFCVD實(shí)驗(yàn)裝置及原理30-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料選擇32-33
• 3.2.1 氣源選擇32
• 3.2.2 基體選擇和預(yù)處理32
• 3.2.3 熱絲的選擇32-33
• 3.3 沉積金剛石薄膜的操作步驟33
• 3.4 樣品表征手段33-38
• 3.4.1 掃描電子顯微鏡34
• 3.4.2 激光拉曼光譜34-35
• 3.4.3 XRD衍射35-38
• 第四章 CVD參數(shù)對(duì)金剛石薄膜生長(zhǎng)的影響38-58
• 4.1 反應(yīng)溫度對(duì)沉積金剛石薄膜的影響38-42
• 4.1.1 表面形貌分析38-40
• 4.1.2 微觀結(jié)構(gòu)分析40-42
• 4.2 反應(yīng)氣壓對(duì)沉積金剛石薄膜的影響42-51
• 4.2.1 表面形貌分析43-46
• 4.2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析46-51
• 4.3 襯底對(duì)沉積金剛石薄膜的影響51-58
• 4.3.1 工藝參數(shù)51-52
• 4.3.2 表面形貌分析52-53
• 4.3.3 微觀結(jié)構(gòu)分析53-58
• 第五章 單晶金剛石顆粒改性58-62
• 5.1 單晶金剛石顆粒預(yù)處理58-59
• 5.1.1 采用的化學(xué)試劑及其性質(zhì)58
• 5.1.2 操作流程58-59
• 5.2 單晶金剛石表面沉積金剛石薄膜及表征59-62
• 5.2.1 表面形貌分析59-60
• 5.2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析60-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-72
• 致謝72-74
• 作者簡(jiǎn)介、攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果74

【參考文獻(xiàn)】

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