本文關(guān)鍵詞：熱絲CVD法添加輔助氣體制備金剛石薄膜及其發(fā)射光譜的研究

  更多相關(guān)文章： 熱絲化學(xué)氣相沉積 金剛石薄膜 生長速率 光譜診斷 氬氣

【摘要】：熱絲CVD金剛石薄膜在很多領(lǐng)域都存在有巨大的應(yīng)用前景,對熱絲CVD制備金剛石薄膜的研究也取得了很大進展。提高金剛石薄膜的生長速率具有很大的經(jīng)濟價值。目前,采用熱絲CVD沉積金剛石薄膜在無偏壓條件下能夠獲得的生長速率一般為0.9~1.4μm/h。施加偏壓或者射頻可以使電子的能量得到加強,從而大幅度提高金剛石薄膜在平面襯底上的沉積速率,可達10μm/h以上。但是,由于尖端放電的原因,這樣的技術(shù)無法應(yīng)用在一些表面不平整,幾何形狀復(fù)雜的工件上。因此,在不施加偏壓的條件下提高金剛石膜的生長速率具有重要意義。本文利用丙酮來作為熱絲CVD沉積金剛石薄膜的碳源,添加惰性氣體—氬氣,作為沉積過程中的輔助性氣體,研究了添加氬氣對晶粒尺寸在微米級的金剛石薄膜生長速率的影響,為了研究提高速率機理,通過光譜診斷分析了金剛石薄膜沉積時的等離子體空間分布,并通過將惰性原子作為示蹤原子,利用光化強度測定法研究了碳源濃度對金剛石薄膜生長的影響。采用SEM,Raman光譜對實驗結(jié)果的表面形貌和質(zhì)量進行表征。研究結(jié)果如下:氬氣的添加不僅可以促進二次形核,含量超過了32%時,金剛石膜晶粒尺寸開始納米化,而且添加適量的氬氣(8%~32%)可以顯著提高金剛石薄膜的生長速率并保持高的結(jié)晶質(zhì)量。當(dāng)氬氣含量在8%~32%內(nèi)變化時,微米晶金剛石薄膜的生長速率與氬氣含量成正比關(guān)系,最高速率可達3.75μm/h,此時的氣體流量比為氫氣:氬氣:(氫氣+丙酮)=140:60:50。等離子體光譜診斷表明,當(dāng)丙酮作為金剛石薄膜生長的碳源時,主要表現(xiàn)的基團為CO(283~370 nm),CH(387.0 nm),Hβ(486.1 nm),Hα(656.3 nm)等,氬氣添加后這些的基團的光譜強度均增加了近一倍。當(dāng)氬氣含量為7%~30%時,電子溫度與氬氣含量成正比,為金剛石薄膜的生長提供了更加有利的條件,這是生長速率得到提高主要原因。(2)對于線性陣列布絲情況下,存在一個由熱絲熱輻射產(chǎn)生的饅頭狀背底,中心區(qū)域與邊緣區(qū)域的基團分布存在差異,中心區(qū)溫度高,裂解能力強,基團強度高于兩邊。但中心區(qū)域基團特征峰強度的變化比等離子球平緩的多�？v向方向上距離熱絲越遠,熱輻射減小,丙酮分子中裂解出CH、CO等基團以及由原子H激發(fā)的Hβ與Hα等強度降低,反而使得復(fù)合生成的C2基團增加。在保持基片溫度不變的情況下,金剛石的生長速率隨絲基間距的增大而減小,質(zhì)量也隨著距離的增大而依次降低。這與制備過程中等離子體發(fā)射光譜診斷的結(jié)果相吻合。(3)保持其他工藝參數(shù)不變時,隨著碳源混合氣體流量的不斷增加,電子溫度大體呈現(xiàn)下降趨勢,但在50sccm至70sccm出現(xiàn)反常的先增加后下降,在60sccm附近時有一最大值峰,此時的帶電粒子達到基片具有最大通量和能量。隨著碳源混合氣體流量的不斷增加,CO、C2、CH等幾種含碳基團的譜線強度出現(xiàn)先減小后增大并在60sccm附近出現(xiàn)極小值,氣相沉積過程向著金剛石薄膜生長的方向發(fā)展,微米晶金剛石薄膜具有最大的沉積速率為4.06μm/h,此時的反應(yīng)氣體流量比為氫氣:氬氣:(氫氣+丙酮)=150:30:60。
【關(guān)鍵詞】：熱絲化學(xué)氣相沉積 金剛石薄膜 生長速率 光譜診斷 氬氣
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ163;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 引言11
• 1.2 熱絲CVD沉積金剛石薄膜的研究概況11-18
• 1.2.1 熱絲 CVD 金剛石進展12-13
• 1.2.2 基片的選擇及預(yù)處理13-15
• 1.2.3 形核15-16
• 1.2.4 生長16-17
• 1.2.5 關(guān)于生長方法的其他研究17-18
• 1.3 熱絲CVD金剛石涂層的表征18-24
• 1.4 本文研究的目的意義及研究內(nèi)容24-27
• 第2章 氬氣在HFCVD制備金剛石薄膜過程中的影響27-39
• 2.1 引言27-28
• 2.2 實驗28-29
• 2.2.1 實驗試劑及設(shè)備28
• 2.2.2 實驗方案設(shè)計28-29
• 2.3 實驗結(jié)果與分析29-37
• 2.3.1 薄膜表面形貌和質(zhì)量分析29-33
• 2.3.2 氬氣與生長速率33-37
• 2.4 本章結(jié)論37-39
• 第3章 等離子體空間分布研究39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 實驗39-41
• 3.3 實驗結(jié)果與分析41-48
• 3.3.1 基團橫向分布41-44
• 3.3.2 基團縱向分布44-48
• 3.4 本章結(jié)論48-49
• 第4章 碳源濃度的發(fā)射光譜法研究49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 實驗49-50
• 4.3 實驗結(jié)果與分析50-55
• 4.4 本章結(jié)論55-57
• 第5章 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-59
• 參考文獻59-67
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文67-69
• 致謝69

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱建勇,梅炳初,李力,柴欣;CVD金剛石薄膜的制備方法及應(yīng)用[J];炭素技術(shù);2002年03期

2 朱宏喜;毛衛(wèi)民;馮惠平;呂反修;Vlasov I I;Ralchenko V G;Khomich A V;;甲烷濃度對CVD金剛石薄膜晶體學(xué)生長過程的影響[J];無機材料學(xué)報;2007年03期

3 楊傳徑;陳慶東;李新忠;;襯底溫度對合成金剛石薄膜的影響[J];科技資訊;2008年33期

4 李超杰;;金剛石薄膜的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J];硅谷;2013年08期

5 林鴻溢;金剛石薄膜的特性及其應(yīng)用探討[J];兵器材料科學(xué)與工程;1988年11期

6 陳天鵬;候立;;新型金剛石薄膜材料[J];材料導(dǎo)報;1988年01期

7 鄭昌瓊;;金剛石薄膜研究進展[J];成都科技大學(xué)學(xué)報;1988年05期

8 涂銘旌,鄭昌瓊,冉均國;(類)金剛石薄膜及其工業(yè)應(yīng)用[J];兵器材料科學(xué)與工程;1989年08期

9 吳瓊;;引人注目的新材料——金剛石薄膜[J];儀表材料;1990年03期

10 鄭昌瓊;冉均國;;日本金剛石薄膜研究發(fā)展動態(tài)[J];新型碳材料;1991年Z1期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 邵樂喜;劉小平;屈菊蘭;謝二慶;賀德衍;陳光華;;原位氮摻雜對CVD金剛石薄膜生長和結(jié)構(gòu)的影響[A];第四屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

2 盧鴻修;胡晉生;朱靜;戚立昌;;金剛石薄膜的晶體缺陷及其界面特征的研究[A];海峽兩岸電子顯微學(xué)討論會論文專集[C];1991年

3 鄒廣田;于三;;氣相合成金剛石薄膜的研究進展[A];首屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1992年

4 高春曉;鄒廣田;呂憲義;于三;金曾孫;趙樹堂;莊榮書;;直流輝光放電方法制備高品質(zhì)金剛石薄膜[A];首屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1992年

5 顧長志;王春蕾;莊榮書;呂憲義;金曾孫;;金剛石薄膜選擇性生長的新方法的研究[A];首屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1992年

6 蔣瑞亭;;金剛石薄膜的國內(nèi)外發(fā)展概況[A];首屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1992年

7 萬強;胡文軍;梅軍;;超納米金剛石薄膜力學(xué)性能及其界面結(jié)合強度分析[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

8 朱嘉琦;;(硼、磷摻雜)非晶金剛石薄膜的研究及應(yīng)用[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

9 李建國;胡東平;季錫林;胡文軍;;熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石薄膜空間場的數(shù)值分析[A];中國工程物理研究院科技年報（2003）[C];2003年

10 李建國;劉實;李依依;胡東平;季錫林;梅軍;周德惠;;熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石薄膜空間場的數(shù)值分析[A];科技、工程與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展——中國科協(xié)第五屆青年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 吳瓊;引人矚目的新材料金剛石薄膜[N];中國電子報;2000年

2 科新;強磁場下納米金剛石薄膜的制備技術(shù)項目通過驗收[N];中國建材報;2008年

3 吳瓊;新型電子材料[N];北京電子報;2000年

4 金展;中國金剛石薄膜開發(fā)獲重大進展[N];中國有色金屬報;2002年

5 ;成都理工大學(xué)：打造先進金剛石薄膜實驗室[N];人民日報海外版;2003年

6 記者 周文斌;我金剛石薄膜技術(shù)達世界先進水平[N];光明日報;2001年

7 劉苒;我國金剛石薄膜開發(fā)取得重大進展[N];科技日報;2001年

8 鐘才倫;納米級金剛石鍍膜為多種材質(zhì)作“外衣”[N];中國有色金屬報;2003年

9 記者 黃健 劉s，

本文編號：1032255