本文關(guān)鍵詞： 金剛石膜 MPCVD 微波電場 橢球諧振腔 915MHz　出處：《北京科技大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高功率MPCVD技術(shù)是高效率地制備大面積、高品質(zhì)金剛石膜的有效方法,因?yàn)楦叩奈⒉ㄝ斎牍β士梢约ぐl(fā)富含H原子和多種含碳基團(tuán)的高密度、大尺寸的等離子體,而這正是高速率沉積大面積、高品質(zhì)金剛石膜所必需的條件 然而,國內(nèi)外幾種不同的高功率MPCVD金剛石膜沉積裝置雖然均可在6-8kW功率條件下工作,但它們都或多或少地存在著一些問題。為了進(jìn)一步提高高功率MPCVD金剛石膜沉積技術(shù)的水平,本文系統(tǒng)地開展了高功率MPCVD金剛石膜沉積技術(shù)的研究。 首先,通過對國內(nèi)外現(xiàn)有的各類TM021模式的高功率MPCVD裝置微波諧振腔內(nèi)的電場分布進(jìn)行模擬和對比分析,從電場線分布的角度揭示了不同構(gòu)型的TM021模式的MPCVD裝置的內(nèi)在聯(lián)系,并在此基礎(chǔ)上提出了一種“通過垂直切割特定電場模式下的電場線來進(jìn)行MPCVD裝置微波諧振腔設(shè)計(jì)”的新方法。利用這一微波諧振腔設(shè)計(jì)新方法,提出了一種新型的TM021模式的MPCVD裝置的設(shè)計(jì)方案。通過一臺新型TM021模式的高功率MPCVD金剛石膜沉積裝置的建立并在6kW微波輸入功率下進(jìn)行高品質(zhì)金剛石膜的沉積,驗(yàn)證了上述微波諧振腔設(shè)計(jì)新方法的可行性。其次,通過上述微波諧振腔設(shè)計(jì)新方法在橢球微波諧振腔中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了環(huán)形天線的微波耦合方式與橢球微波諧振腔的結(jié)合,進(jìn)而設(shè)計(jì)并建立了 -種新型“環(huán)形天線-橢球諧振腔式MPCVD裝置”。新裝置擺脫了石英鐘罩對微波輸入功率水平的限制,消除了石英鐘罩刻蝕對金剛石膜品質(zhì)造成的影響,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了橢球微波諧振腔的小型化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,環(huán)形天線-橢球諧振腔式MPCVD裝置同時(shí)具有橢球微波諧振腔式MPCVD裝置微波能量集中,激發(fā)等離子體位置穩(wěn)定以及多模非圓柱(環(huán)形天線)式MPCVD裝置可輸入功率水平高的特點(diǎn),可在12kW功率下穩(wěn)定運(yùn)行。在新型環(huán)形天線-橢球諧振腔式MPCVD金剛石膜沉積裝置成功建立的基礎(chǔ)上,我們開展了高功率(6～11kW)下金剛石膜的沉積工藝研究。首先,我們對影響金剛石膜沉積的基片溫度、甲烷濃度、氣體流量三個(gè)傳統(tǒng)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明,沉積溫度在890℃附近,甲烷濃度為3%左右,氣體流量大于200sccm時(shí)所沉積的金剛石膜的品質(zhì)最佳。其次,我們對與MPCVD裝置本身有關(guān)的氣體流動(dòng)方式進(jìn)行了研究。對氣體流動(dòng)方式的研究表明,在MPCVD裝置沉積環(huán)境較為純凈的情況下不同出氣方式對金剛石膜沉積規(guī)律的影響并不顯著。最后,在優(yōu)化的金剛石膜沉積工藝條件下(10.5kW),φ50mm金剛石膜的生長速率達(dá)到6μm/h,其生長速率在同等真空水平(-2.5×10-6Pa·m3/s)下是6kW時(shí)的4倍；金剛石膜厚度達(dá)到960μm,而厚度的偏差則小于±2.1%；拋光后的金剛石膜擁有極佳的光學(xué)透過性,紅外透過率在6.5-25μm范圍內(nèi)接近71%,紫外透過率在270nm處超過50%,金剛石膜樣品的光學(xué)吸收邊約為225nm；金剛石膜的拉曼半峰寬小于1.8cm-1,金剛石膜樣品中氮雜質(zhì)的含量約為1.5ppm。 在2.45GHz環(huán)形天線-橢球諧振腔式高功率MPCVD裝置和新型TM021模式MPCVD裝置成功建立的基礎(chǔ)上。本文結(jié)合二者的優(yōu)勢,設(shè)計(jì)并建立了一臺75kW級915MHz階梯狀圓柱形環(huán)形天線式MPCVD裝置。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這一915MHz階梯狀圓柱形環(huán)形天線式MPCVD裝置可在75kW微波輸入功率下穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過初步工藝探索,應(yīng)用915MHz階梯狀圓柱形環(huán)形天線式MPCVD裝置在60kW微波輸入功率下,制備了φ127mm,1.4mm厚的大面積金剛石膜：其生長速率達(dá)到4.64μm/h拉曼半峰寬小于2.5cm-1。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 呂反修,唐偉忠;“大面積高光學(xué)質(zhì)量金剛石膜制備、加工及應(yīng)用”關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2001年02期

2 劉立業(yè),柴舜連,毛鈞杰;紅外/毫米波導(dǎo)彈頭罩材料的特性研究[J];飛航導(dǎo)彈;2001年01期

3 楊保和;崔建;熊瑛;陳希明;孫大智;李翠平;;納米金剛石薄膜的制備[J];光電子.激光;2008年05期

4 于盛旺;李曉靜;張思凱;范朋偉;黑鴻君;唐偉忠;呂反修;;新型MPCVD裝置在高功率密度下高速沉積金剛石膜[J];功能材料;2011年09期

5 雷亞民;王亨瑞;秦松巖;董長順;何敬暉;陳磊;玄真武;;金剛石膜的聲學(xué)特性及其應(yīng)用[J];硅酸鹽通報(bào);2010年03期

6 杜康;徐偉;吳智量;賀中信;彭軍;;直接耦合式微波等離子體CVD金剛石膜裝置的研究[J];甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年01期

7 吳高華;王兵;熊鷹;陶波;黃芳亮;劉學(xué)維;;氧碳比對MPCVD法同質(zhì)外延單晶金剛石的影響[J];功能材料;2013年14期

8 呂反修,唐偉忠,李成明,陳廣超,佟玉梅;大面積光學(xué)級金剛石自支撐膜研究進(jìn)展[J];紅外技術(shù);2003年04期

9 楊膠溪,呂反修,李成明,陳廣超,左鐵釧;高質(zhì)量CVD金剛石自支撐膜的連續(xù)激光損傷研究[J];激光與紅外;2005年06期

10 趙利軍;韓柏;李博;胡小穎;;光學(xué)級透明金剛石膜的性質(zhì)[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2008年01期

，

本文編號：1534138