金剛石是最重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，同時(shí)具有多種光、熱、電、磁等多種優(yōu)異特性，應(yīng)用價(jià)值十分巨大。近年來(lái)，除了高質(zhì)量金剛石體材料的生長(zhǎng)特性及應(yīng)用的研究取得重大進(jìn)展之外，金剛石的微納結(jié)構(gòu)化和金剛石色心的研究正成為金剛石領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)研究課題。金剛石的納微結(jié)構(gòu)化可以提升自身多種優(yōu)異特性，并獲得與尺寸及結(jié)構(gòu)相關(guān)的新性質(zhì)。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(shì)，可滿足單光子量子信息處理等應(yīng)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(jìn)一步提高各色心的輻射量子產(chǎn)率和發(fā)光強(qiáng)度，人們將各種納米結(jié)構(gòu)與金剛石色心發(fā)光相結(jié)合，基于表面等離激元共振耦合，在理論和實(shí)驗(yàn)上都取得了重要進(jìn)展，極大地拓展了金剛石的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究領(lǐng)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(fù)合結(jié)構(gòu)，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(fù)合結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程及形成機(jī)制，基于該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Si... 

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金剛石原子結(jié)構(gòu)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(jī)產(chǎn)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(jié)構(gòu)（圖 1.3a）[19]。圖 1.3b 為該結(jié)構(gòu)的剖面圖，其中，徑大小由模板的孔徑?jīng)Q定，孔洞的深度可以通過(guò)刻蝕時(shí)間進(jìn)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(kāi)展了該結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用研究[20-22]，實(shí)驗(yàn)表明（圖 1.3c），該結(jié)構(gòu)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(qiáng)的貯存（可存儲(chǔ)的能量密度達(dá) 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(jī)電解質(zhì)中具有高的孔阻抗[22]。如果基底為硅片上生長(zhǎng)膜，最后可以通過(guò)腐蝕掉硅片從而形成貫通的孔洞[23]。

在金剛石上進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)的微加工是一個(gè)技術(shù)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(duì)基底進(jìn)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(xué)試劑反應(yīng)刻蝕掉，隨后進(jìn)行剝離。最后進(jìn)行第去除制備過(guò)程中產(chǎn)生的殘存損傷。該結(jié)構(gòu)可用作波導(dǎo)元件，原理 所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同金剛石塊狀晶體用作波導(dǎo)元件相比（圖 1.4于沿著結(jié)構(gòu)傳播模的干涉而在其輸出鏡中出現(xiàn)多模強(qiáng)度模式（圖波導(dǎo)行為奠定了良好的基礎(chǔ)。但由于使用 FIB，波導(dǎo)的長(zhǎng)度限制在2008 年，Hiscocks 等人[25]進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，用光刻和反應(yīng)）取代了 FIB 處理技術(shù)，制備了長(zhǎng)達(dá) 2.7 mm 的脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（圖金剛石上大規(guī)模生產(chǎn)波導(dǎo)和集成微米光器件成為可能。

【參考文獻(xiàn)】：
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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2011(02)
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博士論文
[1]CVD金剛石單晶生長(zhǎng)及金剛石晶體管的研究[D]. 成紹恒.吉林大學(xué) 2012

碩士論文
[1]硼和氮摻雜CVD金剛石膜的生長(zhǎng)及特性研究[D]. 盧冬.吉林大學(xué) 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(xué) 2010



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