本文關(guān)鍵詞：高透明度金剛石薄膜及單晶的化學(xué)氣相生長

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【摘要】：金剛石在自然界已知的材料中硬度、密度、聲速、導(dǎo)熱率和彈性模量,都是最高的。同時(shí),金剛石還具有極低的熱膨脹系數(shù)、極寬的帶隙寬度以及良好可見光透射率。在高溫下金剛石也不與普通的酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。金剛石眾多的突出性質(zhì)使得它在刀具、導(dǎo)熱、窗口材料、大功率器件、微波器件等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值,但高透明金剛石薄膜及外延單晶生長仍然存在很多問題需要解決。本文利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法(MPCVD)合成金剛石。主要工作分為兩部分,一是以高溫高壓合成的金剛石為籽晶,在其表面上同質(zhì)外延生長出高透明度的金剛石單晶;二是在鉬襯底上生長金剛石薄膜,通過調(diào)節(jié)參數(shù)獲得高透明度的自支撐金剛石薄膜。金剛石單晶外延主要研究在較低溫度下,不同的氣體流量對(duì)單晶生長的影響。首先以CH4和H2為氣源,分別研究功率、氣壓、溫度對(duì)單晶金剛石生長的影響,得到優(yōu)化的工藝參數(shù)。研究表明,在一定參數(shù)范圍內(nèi)單晶的生長速率隨著功率、氣壓、溫度的升高而升高。研究發(fā)現(xiàn)溫度是影響單晶質(zhì)量的重要因素,溫度越低單晶質(zhì)量越好,所以在低溫條件下研究氣體流量對(duì)單晶生長的影響。單晶的生長速率隨著甲烷流量的升高而升高,流量過高時(shí)單晶金剛石發(fā)生石墨化。氧氣可以有效刻蝕非金剛石相,在反應(yīng)氣源中加入氧氣,單晶的生長速率隨著氧氣流量的升高而降低,且流量在0.1-0.5 sccm區(qū)間,流量越高單晶質(zhì)量越好。按比例同時(shí)增加甲烷和氧氣的流量,可使甲烷流量過高時(shí)石墨化的籽晶繼續(xù)生長單晶金剛石。金剛石薄膜主要研究了溫度、功率、氧氣流量對(duì)其生長的影響。自支撐金剛石薄膜的生長速率隨著溫度、功率的升高而升高,隨著氧氣流量的升高而降低。在一定范圍內(nèi),薄膜的可見光透射率隨著溫度的升高先增加后降低,隨著功率、氧氣流量的增加而增加。氧氣流量1.0 sccm時(shí)薄膜的可見光透射率最高。
【關(guān)鍵詞】：MPCVD 金剛石單晶 金剛石薄膜 高速率 高透射率
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ163;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 金剛石的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用10-12
• 1.2.1 金剛石的結(jié)構(gòu)10
• 1.2.2 金剛石的性質(zhì)及應(yīng)用10-12
• 1.3 CVD方法生長金剛石的原理12-14
• 1.4 CVD生長金剛石的方法14-16
• 1.4.1 熱絲CVD法14-15
• 1.4.2 直流等離子體噴射CVD法15
• 1.4.3 微波等離子體CVD法15-16
• 1.5 CVD生長金剛石的研究16-20
• 1.6 論文選題及主要研究內(nèi)容20-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法21-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料21-23
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備21-22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料22-23
• 2.2 金剛石單晶、薄膜的制備流程及主要材料表征方法23-27
• 2.2.1 金剛石單晶的制備23-24
• 2.2.2 金剛石薄膜的制備24-25
• 2.2.3 光學(xué)顯微鏡25
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡25
• 2.2.5 拉曼光譜25-26
• 2.2.6 X射線衍射譜26
• 2.2.7 紫外-可見光譜26-27
• 第3章 金剛石單晶外延生長工藝及缺陷控制研究27-52
• 3.1 功率對(duì)單晶金剛石外延生長的影響27-31
• 3.2 氣壓對(duì)單晶金剛石外延生長的影響31-34
• 3.3 溫度對(duì)單晶金剛石外延生長的影響34-38
• 3.4 CH_4流量對(duì)單晶金剛石外延生長的影響38-41
• 3.5 O_2流量對(duì)單晶金剛石外延生長的影響41-45
• 3.6 同比例增加CH_4和O_2流量對(duì)單晶金剛石外延生長的影響45-48
• 3.7 樣品臺(tái)直徑對(duì)單晶金剛石外延生長的影響48-50
• 3.8 本章小結(jié)50-52
• 第4章 自支撐金剛石薄膜生長工藝及透光度研究52-66
• 4.1 溫度對(duì)多晶金剛石薄膜生長的影響52-57
• 4.2 功率對(duì)多晶金剛石薄膜生長的影響57-61
• 4.3 O_2流量對(duì)多晶金剛石薄膜生長的影響61-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文73-75
• 致謝75

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：727504