作為重要的第三代半導(dǎo)體材料,金剛石可廣泛地應(yīng)用于光學(xué)、微電子學(xué)、核能等半導(dǎo)體器件及航空航天等領(lǐng)域,具有其他材料不可替代的重要地位�；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）金剛石膜是目前應(yīng)用最廣泛的金剛石材料。通常以硅片、鉬片、單晶或多晶材料作為生長襯底,獲得的多晶金剛石膜存在大量的晶界和非金剛石相,具有較高的晶界和缺陷密度,在一定程度上影響高質(zhì)量金剛石在電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等方面的應(yīng)用。去除多晶金剛石膜中的非金剛石相及晶界處的缺陷、微小晶粒等,獲得晶型較好、晶粒尺寸大的多晶金剛石膜,提高多晶金剛石膜的晶體質(zhì)量,是實現(xiàn)金剛石在各領(lǐng)域的更好應(yīng)用的重要研究內(nèi)容。此外,金剛石的表面能、表面浸潤性等參數(shù)與金剛石膜表面結(jié)構(gòu)和（氫、氧）終端密切相關(guān),是金剛石基器件在多領(lǐng)域應(yīng)用中必須考慮的因素,對多晶金剛石膜表面結(jié)構(gòu)、高溫氧化處理和生長,及其浸潤性調(diào)控等研究,是金剛石領(lǐng)域重要研究內(nèi)容。本論文利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）法制備多晶金剛石膜,對生長的多晶金剛石膜進行高溫氧化處理及二次生長,獲得連續(xù)大晶粒的金剛石膜,改善多晶膜的質(zhì)量,并研究了各階段多晶金剛石膜的表面浸潤性及表面能。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.利用M... 

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【學(xué)位級別】：碩士

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金剛石的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

第一章緒論2圖1.1金剛石的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖1.2金剛石的晶胞1.2金剛石的性質(zhì)與應(yīng)用金剛石在力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)以及其他領(lǐng)域方面都表現(xiàn)出了極卓越的性質(zhì)，具有超高硬度、低摩擦系數(shù)、超高熱導(dǎo)率、寬帶隙、耐高溫、抗強輻射、高化學(xué)穩(wěn)定性等性質(zhì)。金剛石的主要性質(zhì)和應(yīng)用如表1.1所示。表1.1金剛石性質(zhì)[6-25]性質(zhì)應(yīng)用領(lǐng)域電學(xué)性質(zhì)電阻率～1016Ω·cm冷陰極發(fā)射材料、高功率高頻高溫電子器件、固態(tài)探測器、高可靠型抗輻射半導(dǎo)體器件等介電常數(shù)5.5禁帶寬度5.5eV空穴遷移率1600cm2·V·s電子遷移率2200擊穿電壓4×1016V/cm飽和電子速率2.7×107cm/s光學(xué)性質(zhì)高透光范圍0.22μm~遠紅外X射線、紫外線、微波以及高功率激光器窗口、透鏡保護膜、探測器抗反射涂層、光學(xué)波導(dǎo)等光吸收8μm折射率2.41力學(xué)性質(zhì)密度3.47~3.56g/cm3切割刀具、鉆頭、磨料、對頂砧、耐磨部件、耐磨涂層、力學(xué)傳感器、高頻揚聲器、微機振蕩器等維氏硬度10000kg/mm2摩擦系數(shù)<0.1楊氏模量1.2×1012Pa彈性模量1.04×1012dym/cm泊松比0.22抗壓強度9.8×1013kg/mm2熱學(xué)性質(zhì)熔點3800℃微波器件、集成電路、大功率激光器、電子設(shè)備和射頻設(shè)備散熱片、激光組件、激光窗口、微機電系統(tǒng)等熱導(dǎo)率20W/cm·K熱膨脹系數(shù)1×106/K熱沖擊系數(shù)1×107W/m其他性質(zhì)常溫下十分穩(wěn)定，與任何強酸(包括王水)、強堿幾乎都不發(fā)生反應(yīng)，且具有良好的生物兼容性、抗輻射性能。醫(yī)用金屬材料涂層、生物傳感器、原子反應(yīng)堆、容器、電極等

第一章緒論4圖1.3碳的壓力-溫度相圖[9]1.4CVD金剛石制備方法目前CVD金剛石生長設(shè)備和技術(shù)工藝已經(jīng)成熟，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，其生長方法多達十余種，目前，微波等離子體CVD、熱絲CVD、直流等離子體噴射CVD是應(yīng)用最廣泛的三個方法。1.4.1微波等離子體化學(xué)氣相沉積法（MPCVD）微波等離子體CVD法是目前公認(rèn)最好的金剛石制備方法，可以制備高質(zhì)量光學(xué)級、電子級金剛石膜[29]。MPCVD方法的原理是微波能量在腔體中耦合形成等離子體球，將氫氣和甲烷激發(fā)成高活性的H及CxHy各化基團，具有很高的活性，在襯底表面發(fā)生各種反應(yīng)，形成sp3結(jié)構(gòu)，沉積為金剛石膜[33]。迄今為止，大多數(shù)大尺寸、高質(zhì)量金剛石單晶的合成都是采用微波等離子體CVD法制備的。Mokuno等人[30]對金剛石進行多次“生長-取出處理-再生長”的過程，獲得較大尺寸的單晶，Kobashi等人[31]采用馬賽克法，將16快3mmⅹ3mm大小的Ib型(100)金剛石單晶片平鋪排列，生長出大面積的金剛石外延層，得到1.44cm2、厚度為1mm的單晶金剛石片。Yamada等人[32]利用離子注入制備SCD的獨立晶片，通過這種從單個種子基板上剝離的過程，他們可以克隆出多個相同的獨立晶片，即具有與種子基板相同結(jié)晶特性的基板。把這些克隆體連接起來，就得到了所謂的平鋪克隆體，利用這一技術(shù)，成功地制造了1英寸大小的單晶金剛石片。MPCVD法擁有其他設(shè)備所不能擁有的優(yōu)勢：無極放電，微波起輝，沒有污染物的引進，可以制備出高質(zhì)量金剛石膜，微波放電穩(wěn)定，能量密度高，可以實

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]微納米結(jié)構(gòu)金剛石膜的制備及其浸潤性和電化學(xué)傳感器應(yīng)用研究[D]. 馬一博.吉林大學(xué) 2017
[2]分級結(jié)構(gòu)表面浸潤性研究[D]. 肖文佳.中山大學(xué) 2008
[3]金剛石熱穩(wěn)定性及其刀具受熱損傷的研究[D]. 王適.大連理工大學(xué) 2003

碩士論文
[1]MPCVD法制備多晶和單晶金剛石及性質(zhì)研究[D]. 王啟亮.吉林大學(xué) 2009



本文編號：3021090