金剛石薄膜具有諸多優(yōu)異性能。研究發(fā)現(xiàn)氫修飾金剛石薄膜呈現(xiàn)p型導(dǎo)電性。這使得金剛石薄膜在微電子、電化學(xué)器件方面具有良好的應(yīng)用前景。然而,利用氫等離子濺射對金剛石薄膜表面進(jìn)行改性時(shí),氫等離子濺射對薄膜表面的刻蝕不可避免。目前,氫等離子對金剛石薄膜刻蝕造成的形貌與相含量變化尚不清楚,同時(shí)對薄膜電極的電化學(xué)性能的影響也不明確。這極大限制了金剛石薄膜的應(yīng)用。本論文利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)對金剛石薄膜進(jìn)行了氫等離子體濺射處理,在相同工藝不同濺射時(shí)間條件下,分析刻蝕后金剛石薄膜表面形貌與相結(jié)構(gòu)的變化,檢測其導(dǎo)電性能和電化學(xué)性能,探討了氫等離子體刻蝕對金剛石薄膜導(dǎo)電性能與電化學(xué)性能的影響機(jī)制。獲得如下研究結(jié)果:（1）隨著刻蝕時(shí)間的延長刻蝕形貌變化顯著:刻蝕前期,金剛石薄膜表面出現(xiàn)明顯的刻蝕坑、臺階和亞晶。隨著刻蝕時(shí)間的增加,刻蝕使晶粒輪廓模糊,最終造成晶粒坍塌。薄膜表面粗糙度隨刻蝕時(shí)間的增長先減小再逐漸增大。在本論文實(shí)驗(yàn)條件下刻蝕時(shí)間20 min時(shí)粗糙度最低,為0.550μm;（2）刻蝕機(jī)制與刻蝕階段有關(guān):刻蝕的初期,優(yōu)先刻蝕主要由sp³相組成的晶粒�？涛g后期,刻蝕集中在... 

【文章來源】：北方工業(yè)大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

金剛石晶胞

第一章緒論2剛石薄膜的表面形貌和相結(jié)構(gòu)，探究氫等離子刻蝕對金剛石薄膜導(dǎo)電性的影響。通過電化學(xué)檢測，獲得其固液界面結(jié)構(gòu)，最終闡明刻蝕后金剛石薄膜表面形貌與相結(jié)構(gòu)對固液界面結(jié)構(gòu)及固液界面電荷傳輸機(jī)制的影響規(guī)律。研究對金剛石薄膜在微電子、微電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用與探究金剛石薄膜電化學(xué)性能具有理論指導(dǎo)意義。1.2金剛石薄膜的制備、性能與應(yīng)用1.2.1金剛石薄膜的制備金剛石是碳的同素異構(gòu)體之一，呈立方晶體結(jié)構(gòu)[21]。在金剛石的晶格內(nèi)部，C原子以sp3雜化軌道的形式與其周圍的其他原子一起構(gòu)成了按正四面體方向緊密排列的C-C單鍵。其鍵角為109°28"，鍵長1.54，碳原子的配位數(shù)為4，是高度對稱性的排列[22]。如圖1-1所示，每個晶胞含有8個碳原子，在298K時(shí)，其晶格常數(shù)為3.56683[23]。金剛石屬于原子晶體，每個碳原子與四面體頂角的四個碳原子形成共價(jià)鍵，四面體每個頂點(diǎn)的碳原子又同時(shí)為相鄰四個正四面體所共用，從而拓展組成三維周期結(jié)構(gòu)，如圖1-2所示。不同晶面的晶面密度不同，晶面密度越高，碳原子間的結(jié)合力越強(qiáng)，因此高的晶面密度能提高材料的硬度。金剛石的{100}、{110}、{111}面晶面密度相對較高，碳原子間的結(jié)合力較強(qiáng)。圖1-1金剛石晶胞圖1-2金剛石原子排列當(dāng)今制備金剛石薄膜的主流方法是化學(xué)氣相沉積（CVD）法，其中熱絲化學(xué)氣相沉積（HFCVD）與微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）為最常用的兩種方法。1）熱絲化學(xué)氣相沉積熱絲化學(xué)氣相沉積是利用灼熱的鎢絲，使CH4及H2在高溫下分解成為化學(xué)

論文理論框架圖


本文編號：3101137