本文關鍵詞：HFCVD法制備金剛石膜以及工藝參數(shù)對薄膜的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：采用熱絲化學氣相沉積法(HFCVD),使用CH4和H2作為反應氣源,采用控制變量,在其他參數(shù)不變的情況下,改變燈絲的溫度,沉積的氣壓等參數(shù),在單面拋光的(110)單晶硅片、金剛石微粉和人造單晶金剛石表面沉積金剛石薄膜。使用掃描電子顯微鏡(SEM)、激光拉曼光譜法(Raman)和X射線衍射儀(XRD)檢測手段對薄膜的表面形貌和微觀內(nèi)部結(jié)構進行表征和分析。實驗結(jié)果表明:在燈絲和襯底間距不變的情況下,改變燈絲的溫度會導致基片的溫度有所改變。當沉積的溫度超過2500℃時,由于金剛石高溫碳化,薄膜轉(zhuǎn)化為石墨;在燈絲為2300℃時,由于氫的吸附量增加,對非金剛石相的刻蝕作用增強,金剛石晶粒逐漸出現(xiàn)棱角,但是高溫和較高的氫的吸附量會導致金剛石晶粒堆聚形成球形的菜花狀;在燈絲2100℃時,金剛石晶粒生長連貫,晶粒尺寸大,且有明顯棱角,拉曼光譜上金剛石的1332cm-1特征峰非常尖銳;燈絲的溫度偏低會減小晶粒的尺寸,導致晶粒形狀改變,沒有固定的晶型。隨著溫度的降低,薄膜的殘余應力由壓應力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚Α８淖兂练e氣壓在單晶硅片上沉積金剛石薄膜,隨著氣壓升高,金剛石晶粒尺寸逐漸增大。當氣壓為3000Pa時,在拉曼光譜1135cm-1處有特征峰出現(xiàn),一般認為是無序的sp3碳或者為納米金剛石的特征峰,SEM觀察金剛石晶粒尺寸非常小,所制備的薄膜為納米金剛石膜;升高氣壓,金剛石在1332cm-1附近的特征峰更加尖銳,通過XRD分析所制備的金剛石含有(111)晶面、(110)晶面和(311)晶面,金剛石晶粒在SEM觀察下逐漸明顯,尺寸變大并且晶粒形狀規(guī)則完整,呈立方體結(jié)構。在氣壓為7000Pa時所沉積制備出的金剛石薄膜晶粒尺寸最大,生長緊密有棱角,薄膜金剛石峰最為尖銳,非金剛石相sp2碳含量最少,并且薄膜的殘余應力最小,XRD分析(111)面生長優(yōu)勢最為顯著。在金剛石微粉上沉積出來的金剛石膜Raman光譜分析,金剛石特征峰非常尖銳,而且在1140cm-1處也出現(xiàn)了納米晶的峰,電鏡觀察薄膜生長致密,金剛石晶粒很小,許多微晶金剛石堆聚呈球形的菜花狀,金剛石晶粒尺寸為納米級。隨著沉積時間的增加,微晶堆聚的球形尺寸減小,納米金剛石含量增加。在人造單晶金剛石表面沉積的金剛石薄膜表面形貌和內(nèi)部結(jié)構分析質(zhì)量也非常優(yōu)異。
【關鍵詞】：熱絲CVD 金剛石薄膜 金剛石微粉 人造單晶金剛石
【學位授予單位】：河南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ163;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 金剛石的結(jié)構及分類12-15
• 1.1.1 金剛石的結(jié)構12-13
• 1.1.2 金剛石的分類13-15
• 1.2 金剛石的性質(zhì)15-19
• 1.2.1 力學性質(zhì)16
• 1.2.2 電學性質(zhì)16-17
• 1.2.3 熱學性質(zhì)17-18
• 1.2.4 光學性質(zhì)18-19
• 1.2.5 其他性能19
• 1.3 金剛石薄膜的應用19-21
• 1.3.1 金剛石薄膜在機械方面的應用20
• 1.3.2 金剛石薄膜在熱學方面的應用20
• 1.3.3 金剛石薄膜在光學方面的應用20-21
• 1.3.4 金剛石薄膜在電學方面的應用21
• 1.3.5 金剛石薄膜在其他領域的應用21
• 1.4 金剛石薄膜研究進展21-23
• 1.5 本文研究意義及研究內(nèi)容23-26
• 第二章 CVD沉積金剛石薄膜原理26-30
• 2.1 熱絲法26-27
• 2.2 微波等離子體法27
• 2.3 其他制備方法27-28
• 2.4 幾種CVD法優(yōu)缺點比較28-30
• 第三章 HFCVD法制備金剛石薄膜及表征手段30-38
• 3.1 HFCVD實驗裝置及原理30-32
• 3.2 實驗材料選擇32-33
• 3.2.1 氣源選擇32
• 3.2.2 基體選擇和預處理32
• 3.2.3 熱絲的選擇32-33
• 3.3 沉積金剛石薄膜的操作步驟33
• 3.4 樣品表征手段33-38
• 3.4.1 掃描電子顯微鏡34
• 3.4.2 激光拉曼光譜34-35
• 3.4.3 XRD衍射35-38
• 第四章 CVD參數(shù)對金剛石薄膜生長的影響38-58
• 4.1 反應溫度對沉積金剛石薄膜的影響38-42
• 4.1.1 表面形貌分析38-40
• 4.1.2 微觀結(jié)構分析40-42
• 4.2 反應氣壓對沉積金剛石薄膜的影響42-51
• 4.2.1 表面形貌分析43-46
• 4.2.2 微觀結(jié)構分析46-51
• 4.3 襯底對沉積金剛石薄膜的影響51-58
• 4.3.1 工藝參數(shù)51-52
• 4.3.2 表面形貌分析52-53
• 4.3.3 微觀結(jié)構分析53-58
• 第五章 單晶金剛石顆粒改性58-62
• 5.1 單晶金剛石顆粒預處理58-59
• 5.1.1 采用的化學試劑及其性質(zhì)58
• 5.1.2 操作流程58-59
• 5.2 單晶金剛石表面沉積金剛石薄膜及表征59-62
• 5.2.1 表面形貌分析59-60
• 5.2.2 微觀結(jié)構分析60-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-72
• 致謝72-74
• 作者簡介、攻讀碩士學位期間取得的學術成果74

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本文編號：332975