超納米金剛石薄膜（Ultra-nanocrystalline Diamond,UNCD）具有極小的晶粒尺寸、極低的表面粗糙度、化學(xué)惰性以及高導(dǎo)電性和優(yōu)異的場發(fā)射性能,在冷陰極場發(fā)射器以及其他真空微電子設(shè)備領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力。采用MPCVD法進(jìn)行超納米金剛石薄膜的制備,沉積過程中,工藝參數(shù)的變化對薄膜微觀結(jié)構(gòu)的演變起著重要的作用。離子注入是一種能夠有效改善金剛石薄膜電學(xué)性能的表面改性技術(shù),退火處理后薄膜的電學(xué)性能進(jìn)一步提升。本文首先制備了具有不同晶粒尺寸的自支撐金剛石膜（FSD）、微米金剛石膜（MCD）、納米金剛石膜（NCD）作為對照樣品,并與UNCD進(jìn)行對比,分析晶粒尺寸及表面形貌對場發(fā)射性能的影響。其次,通過改變H2在反應(yīng)氣體中的濃度制備出不同參數(shù)條件下的UNCD薄膜。最后,采用能量為100 keV、1 × 1 017 ions/cm2的Cu離子注入方式對本征UNCD薄膜進(jìn)行摻雜,并在Ar氛圍中采用不同的退火方式進(jìn)行退火處理,探究離子注入及退火過程對薄膜微結(jié)構(gòu)及場發(fā)射性能的影響。使用多種測試手段對薄膜的微觀形貌、結(jié)構(gòu)特征、化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)等進(jìn)行表征,并利用霍爾效應(yīng)和場發(fā)射測試儀（EFE... 

【文章來源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

金剛石的結(jié)構(gòu)(左)

??原理??電子發(fā)射是重要的物理過程，在實(shí)際生活中有著諸多的應(yīng)用。存在阻擋著固體中電子逸出的空間區(qū)域——勢壘，材料中的電在材料內(nèi)部而無法逸出，只有當(dāng)電子獲得足夠高的能量越過勢弱，才能實(shí)現(xiàn)固體的電子發(fā)射現(xiàn)象，而場致電子發(fā)射則屬于后作用下金屬表面勢壘的變化曲線［３９］，從圖中可以看出，當(dāng)固體面勢壘發(fā)生了變化，直接降低材料表面勢壘的高度，并使寬度化趨勢。從量子力學(xué)的角度進(jìn)行分析，勢壘在外場作用下變窄子波波長相差非常小時(shí)，即使在很低的溫度以下（Ｔ＜ＯＫ），

圖２－１?ＴＹＵＴ型ＭＰＣＶＤ裝置（ａ）照片和（ｂ）反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)示意圖???（ａ）?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＴＹＵＴ－ＭＰＣＶＤ?ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅ過預(yù)處理的Ｎ型單面拋光的（１００）硅片作為基底，Ａｒ／ＣＨ４／Ｈ２作為反為８５０?Ｗ，溫度以及制備時(shí)間分別為７５０°Ｃ和６?ｈ，通過調(diào)節(jié)冷卻水的流。為研宄氫氣的濃度對ＵＮＣＤ薄膜的微觀結(jié)構(gòu)以及場發(fā)射性能的影體流量和甲烷濃度不變，改變氬氣與氫氣的相對流量來制備出不同氫氣ＮＣＤ薄膜。采用ＭＰＣＶＤ方法制備本征ＵＮＣＤ薄膜的具體工藝參數(shù)如表２－１利用ＭＰＣＶＤ制備ＵＮＣＤ薄膜的相關(guān)參數(shù)??ｌｅ?２－１?Ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｐｒｉｓｔｉｎｅ?ＵＮＣＤ?ｆｉｌｍ?ｂｙ?ＭＰＣＶＤ?ｍｅｔｈｏｄ??氫氣?氬氣?甲烷?氫氣?溫度?功率沉積濃度值（ｓｅｅｍ）?（ｓｅｅｍ）?（ｓｅｅｍ）?（°Ｃ）?（Ｗ）間（ｈ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超納米金剛石薄膜的性能和制備及應(yīng)用[J]. 呂琳,汪建華,翁俊,張瑩.  真空與低溫. 2014(03)
[2]O2吸附對納米石墨片的場發(fā)射性能影響[J]. 賀葉露,王安蓉,許剛.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2012(26)
[3]化學(xué)氣相沉積光學(xué)級金剛石薄膜的研究進(jìn)展[J]. 熊禮威,汪建華,滿衛(wèi)東,曹菊琴.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2006(07)
[4]納米非晶碳膜表面氫吸附對其場致電子發(fā)射特性的影響[J]. 魯占靈,王昶清,賈瑜,姚寧,張兵臨.  真空電子技術(shù). 2006(01)
[5]具有廣闊應(yīng)用前景的納米金剛石膜[J]. 呂反修.  物理. 2003(06)
[6]化學(xué)氣相沉積金剛石膜的光學(xué)性質(zhì)[J]. 張繼華,李敬起,孫亦寧,郭晚土,高欣,雷青松,王曦,柳湘懷.  蘭州大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(02)
[7]金剛石薄膜的性質(zhì)、制備及應(yīng)用[J]. 滿衛(wèi)東,汪建華,王傳新,馬志斌.  新型炭材料. 2002(01)
[8]碳源濃度對金剛石薄膜涂層刀具性能的影響[J]. 孫方宏,陳明,張志明.  金剛石與磨料磨具工程. 2000(05)
[9]納米金剛石顆粒涂層的場電子發(fā)射[J]. 邵樂喜,謝二慶,公維賓,賀德衍,陳光華.  蘭州大學(xué)學(xué)報(bào). 1999(02)
[10]金剛石膜的性質(zhì)、應(yīng)用及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J]. 顧長志,金曾孫.  功能材料. 1997(03)

博士論文
[1]金剛石涂層工具制備及其應(yīng)用研究[D]. 馬玉平.上海交通大學(xué) 2007

碩士論文
[1]Cu離子注入微米金剛石膜的場發(fā)射性能研究[D]. 祁婷.太原理工大學(xué) 2017
[2]金剛石厚膜在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用[D]. 石曉林.吉林大學(xué) 2007



本文編號：2918957