氧回旋离子束刻蚀化学气相沉积金刚石膜

利用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体产生的氧回旋离子束刻蚀了化学气相沉积金刚石膜,研究了工作气压和磁电加热电压对金刚石样品附近的离子温度和密度的影响,并分析了金刚石膜的刻蚀和机械抛光效果。结果表明:当工作气压为0.03 Pa,磁电加热电压为200 V时,离子温度和密度最大,分别为7.38 eV和 23.81010 cm-3 。在此优化条件下刻蚀金刚石膜4 h后,其表面粗糙度由刻蚀前的3.525 m降为2.512 m,机械抛光15 min后,表面粗糙度降低为0.517 m,即金刚石膜经离子束刻蚀后可显著提高机械抛光效率。     

非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积金刚石膜

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀,并研究了刻蚀机理。结果表明:电子温度为5~10 eV,离子温度为1 eV左右,而等离子体数密度在1010cm-3数量级。随气压的升高,电子和离子温度降低,而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀,优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中,离子的回旋运动特性得到了加强,有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀,有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。     

氮离子注入对类球状微米金刚石聚晶膜的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法,在覆盖金属钛层的陶瓷衬底上制备出类球状微米金刚石聚晶膜,后对膜的表面进行氮离子的注入.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射谱及二级结构场发射测试,对膜进行了注入前后的分析.氮离子注入后场致电子发射的效果变强,这可能是氮离子的注入增加了类球状微米金刚石聚晶膜表面的缺陷度,从而增加了价带和导带间的缺陷能级,使电子更容易跃迁到高能级上,提高了场致电子的发射效果.     

激光刻蚀类球状微米金刚石聚晶薄膜对场致电子发射稳定性的影响

在覆盖金属钛层的陶瓷上,通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜,并通过激光刻蚀金刚石聚晶薄膜的表面.利用扫描电子显微镜、拉曼光谱,X射线衍射分析了刻蚀前后的结构和表面形貌,测试了刻蚀前后薄膜的场致电子发射特性,发现激光的刻蚀对金刚石聚晶薄膜场致电子发射的稳定性有一定的提高,并对其制备过程及发射机理进行了研究.     

石英衬底上生长的高光学质量的纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积(RFHFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了表面光滑、晶粒致密均匀的纳米金刚石薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)和台阶仪观测薄膜的表面形貌和粗糙度,x射线衍射(XRD)和Raman光谱表征膜层的结构,并用紫外可见近红外光谱仪测量其光透过率.实验结果表明,衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性、表面粗糙度及光透过率均有很大程度的影响,其最佳值分别为700℃,2×133Pa和200W.在该最佳参量下经1h的生长即获得连续、平滑的纳米金刚石膜,其平均晶粒尺寸为约25 关键词： 纳米金刚石薄膜 射频等离子体增强热丝化学气相沉积 光透过率     

氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜的影响机理

采用电子回旋共振(ECR)等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积(CVD)金刚石膜,运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断,研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明:磁场由发散场向收敛场转变时,离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大,刻蚀效果逐渐增强;当工作气压由低气压向高气压变化时,等离子体参数先增大后减小,CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。     

脉冲高能量密度等离子体法类金刚石膜的制备及分析

利用脉冲高能量密度等离子体法在光学玻璃衬底上、在室温下成功的制备了光滑、致密、均匀的纳米类金刚石膜.工艺研究表明：放电电压和放电距离以及工作气体种类对纳米类金刚石膜的沉积起着关键作用.利用拉曼光谱、扫描电镜以及电子能量损失谱分析薄膜的形态结构表明：薄膜具有典型的类金刚石特征；纳米类金刚石膜的晶粒尺寸小于20nm甚至为非晶态；类金刚石膜中含有一定量的氮原子，随着沉积能量的升高，氮的含量增大.纳米类金刚石膜的薄膜电阻超过109Ω/cm2.对放电溅射过程进行了理论分析，结果与工艺研究的结论吻合.     

N离子注入对金刚石膜场发射特性的影响

不同剂量的N离子被注入到化学气相沉积金刚石膜内，研究了表面结构及场发射特性的变化.Raman谱和x射线光电子能谱分析表明，N离子的注入破坏了金刚石膜表面原有的sp3结构，并在膜内形成大量的sp2 C—C 和sp2 C—N 键.样品的场发射测试显示N离子的注入显著提高了金刚石膜场发射特性，膜的场发射阈值电场从注入前的18 V/μm下降到注入后的4 V/μm.金刚石膜场发射特性的提高归因于N离子注入后膜内sp2 C键含量的增加和体内缺陷带的形成，这些变化能改变膜的表面功函数，提高Feimi能级，降低电子隧穿表面的能量势垒. 关键词： 场致电子发射 N离子注入 金刚石膜 热丝化学气相沉积     

金刚石厚膜的微结构研究

 采用直流辉光等离子体化学气相沉积金刚石厚膜,利用氢的微波等离子体对抛光的金刚石厚膜截面进行刻蚀,用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪研究了金刚石厚膜的微结构及杂质、缺陷的分布。结果表明：杂质、空洞主要富集在晶界处;在金刚石膜的生长过程中,随着甲烷流量的增加,晶界密度、空洞、晶粒内部缺陷、杂质含量逐渐增加,晶界的排列从以纵向为主过渡到网状结构。     

微波ECR全方位离子注入制备类金刚石碳膜的结构及摩擦学性能研究

利用微波ECR全方位离子注入技术，在单晶硅（100）衬底上制备类金刚石薄膜.分析结果表明，所制备的类金刚石碳膜具有典型的类金刚石结构特征，薄膜均匀、致密，表面粗糙度小，摩擦系数小.其中，薄膜的结构和性能与氢流量比关系密切，随氢流量比的增加，薄膜的沉积速率减小，表面粗糙度降低，且生成sp³键更加趋向于金刚石结构，表面能 更低，从而使摩擦系数大幅降低. 关键词： 全方位离子注入 类金刚石碳膜 拉曼光谱 摩擦磨损     

激光轴向偏焦法平整化CVD金刚石膜

利用Nd:YAG型金刚石精密激光切割机,采用激光轴向偏焦法对化学气相沉积（CVD）法制备的金刚石膜表面进行扫描式平整化处理,利用扫描电子显微镜（SEM）、粗糙度仪和金相显微镜对平整化后的金刚石表面进行表征,研究了激光充电电压和焦点位置对扫描凹槽宽度和深度的影响,以及扫描间距对平整化效果的影响。研究结果表明:扫描凹槽宽度随激光充电电压的升高而增大;凹槽深度随激光充电电压的升高而增大,随偏焦量的增大而增大。激光轴向偏焦法对CVD金刚石膜进行平整化处理后,其粗糙度显著减小,利用氢等离子体对其表面进行刻蚀处理,能够有效去除表层石墨,从而达到理想的平整化效果。     

同质与异质外延掺杂CVD金刚石薄膜的结构与性能

采用化学气相沉积(CVD)技术,以高温高压(HTHP)合成的(100)金刚石和p型(100)Si为衬底制备了硫掺杂和硼-硫共掺杂金刚石薄膜,利用原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)及隧道电流谱(CITS)等手段分析同质和异质外延CVD掺杂金刚石薄膜的结构和性能.结果表明:异Si衬底上CVD金刚石的形核密度低,薄膜表面比较粗糙,粗糙度达到18.5nm;同质HTHP金刚石衬底上CVD金刚石薄膜晶粒尺寸约为10—50nm,表面平整,表面粗糙度为1.8nm.拉曼测试和电阻测量的结果显示,在HTHP金刚 关键词： 金刚石 掺杂 外延     

丙酮环境下ECR微波等离子体辅助化学气相沉积类金刚石薄膜研究

利用电子回旋共振（ECR）微波等离子体辅助化学气相沉积技术、工作气氛为丙酮，在光学玻璃衬底上得到了光滑、致密、均匀的类金刚石薄膜.在工艺研究中，对等离子体中氧的存在及其作用进行了分析.原子力显微镜分析表明，薄膜的表面粗糙度小于10nm，晶粒 尺寸约为100nm.拉曼光谱和中红吸收谱研究发现，薄膜具有强烈的荧光效应，含有sp1，sp2，sp3杂化C—C，sp3杂化CH3，羰基CO、含氧多元 环以及—COOH基等.利用纳米力学探针以 及近红区红外透射谱分析了薄膜的力学及光学性能，结果表明，薄膜的显微硬度接近4 关键词： 类金刚石薄膜 ECR微波等离子体 丙酮气氛 红外光谱     

Growth of gem-grade nitrogen-doped diamond crystals heavily doped with the addition of Ba（N3）2

Additive Ba(N 3) 2 as a source of nitrogen is heavily doped into the graphite-Fe-based alloy system to grow nitrogendoped diamond crystals under a relatively high pressure (about 6.0 GPa) by employing the temperature gradient method.Gem-grade diamond crystal with a size of around 5 mm and a nitrogen concentration of about 1173 ppm is successfully synthesised for the first time under high pressure and high temperature in a China-type cubic anvil highpressure apparatus.The growth habit of diamond crystal under the environment with high degree of nitrogen doping is investigated.It is found that the morphologies of heavily nitrogen-doped diamond crystals are all of octahedral shape dominated by {111} facets.The effects of temperature and duration on nitrogen concentration and form are explored by infrared absorption spectra.The results indicate that nitrogen impurity is present in diamond predominantly in the dispersed form accompanied by aggregated form,and the aggregated nitrogen concentration in diamond increases with temperature and duration.In addition,it is indicated that nitrogen donors are more easily incorporated into growing crystals at higher temperature.Strains in nitrogen-doped diamond crystal are characterized by micro-Raman spectroscopy.Measurement results demonstrate that the undoped diamond crystals exhibit the compressive stress,whereas diamond crystals heavily doped with the addition of Ba(N 3) 2 display the tensile stress.     

CVD金刚石薄膜孪晶形成的原子机理分析

采用X射线衍射技术、电子背散射衍射技术和扫描电镜分别观察了不同甲烷浓度条件下沉积的CVD自支撑金刚石薄膜的宏观织构、晶界分布和表面形貌. 研究了一阶孪晶在金刚石晶体{111}面生长的原子堆垛过程. 结果表明，由于一阶孪晶〈111〉60°的取向差关系以及{111}面的原子堆垛结构，使{111}面上容易借助碳原子的偏转沉积产生一阶孪晶. 低甲烷浓度时，碳原子倾向于在表面能较低的{111}面沉积，为孪晶的形成提供了便利，且高频率孪晶使薄膜织构强度减弱. 甲烷浓度升高使生长激活能较小的{001}面成为主要前沿生长面，因而只有〈001〉晶向平行薄膜法向的晶粒能够不断长大，因此孪晶形核概率明显减小. 另外，在薄膜中发现二阶孪晶，并对二阶孪晶的形成进行了分析. 关键词： 金刚石薄膜 孪晶 原子机理 取向差     

Effects of nitrogen addition on methane-based ECR plasma etching of gallium nitride

The effects of nitrogen addition on methane-based ECR plasma etching of GaN were studied. The etch rate 30 nm/min and r.m.s. roughness 2.6 nm were obtained when the GaN sample was etched by a methane-based gas mixture without N₂. The addition of N₂ gas resulted in a decrease of etch rate and a smoother etched surface. The r.m.s. roughness became less than 0.4 nm even only 1.5 sccm N₂ gas was added to the mixture. In situ XPS measurements showed that, without N₂, heavy N-depletion took place on the etched surface, resulting in appearance of Ga metal on the surface. In contrast, the loss of N was compensated when the N₂ gas was added, and the etched surface approached the stoichiometric one with the increase of N₂ gas flow. This suppression of preferential loss of N was considered to be the main reason that improved the etched surface morphology.     

Wettability and Surface Energy of Hydrogen-and Oxygen-Terminated Diamond Films

The contact angle and surface energy values of diamond are systemically investigated in terms of surface treatments(hydrogen-and oxygen-terminations), structure feature(single crystal diamonds and polycrystalline diamond films), crystal orientation((100),(111) and mixed(100)/(111) orientations), different fluids(probes of polar deionized water and nonpolar di-iodomethane). It is found that the hydrophobic/hydrophilic characteristic and surface energy values of diamond are mainly determined by the surface hydrogen/oxygen termination, and less related to the structural features and crystal orientation. Based on the contact angle values with polar water and nonpolar di-iodomethane, the surface energies of diamond are estimated to be about 43 m J/m~2 for hydrogen-termination and about 60 m J/m~2 for oxygen-termination. Furthermore, the varying surface roughness of diamond and fluids with different polarities examined determine the variation of contact angles as well as the surface energy values. These results would be helpful for a more detailed understanding of the surface properties of diamond films for further applications in a broad number of fields, such as optical and microwave windows,biosensors, and optoelectronic devices, etc.