金属与金刚石的粘结技术及其应用

金属合金与金刚石的粘结（焊接）问题是金刚石工具及制品制造技术的关键．本文介绍了作者从金刚石与金属合金界面反应出发，探索二者之浸润与粘结的机理，解决了加入强碳化物形成元素于铜合金中，通过外延生长于金刚石表面的碳化物层而实现合金与金刚石的粘结．本文并介绍了该技术在金刚石焊接及金刚石工具制造中的应用．     

灯丝温度对原位吸收光谱和金刚石薄膜生长的影响

 报道了原位红外吸收光谱在气相合成金刚石薄膜生长过程中的应用，研究了灯丝温度对原位红外吸收光谱和金刚石薄膜生长的影响。较高的灯丝温度使甲烷分解更充分，从而产生更多诸如C₂H₂等可能对金刚石薄膜生长有利的基团，导致金刚石薄膜质量和生长速率的提高。     

不同添加剂对超细晶粒度金刚石烧结体组织和性能的影响

 本文研究了形成强碳化物的元素，和触媒金属镍作添加剂得到的超细晶粒度金刚石烧结体在显微组织上的差异。讨论了两种不同类型添加剂在超高压高温下烧结所起的作用。对含不同类型添加剂的金刚石烧结体进行了耐磨性、抗氧化性等性能的测定。     

Growth Kinetics of Silicon Carbide Film Prepared by HeatingPolystyrene/Si(111)

在不同的温度下热处理用sol-gel法制的PS/Si(111)叠层凝胶膜制备出了SiC薄膜．用XRD、SEM、XPS、FTIR等分析方法研究了SiC薄膜的结构、组成和表面形貌等．根据FTIR光谱计算了不同温度下得到的SiC薄膜的厚度,并研究了PS/Si(111)热解法生长SiC薄膜的生长动力学．结果表明,随着生长温度的增加,SiC薄膜生长速率变化趋势为：1200～1250 oC生长速率增加缓慢是2D生长机制,1250～1270 oC生长速率快速增加是3D生长机制,1270～1300 oC生长速率为负增长是由于SiC薄膜生长与Si和C原子的挥发共同作用所致．由速率变化求得各段表观生长激活能分别是122.5、522.5、-127.5 J/mol．     

在Si(111)上用有机溶胶凝胶甩膜热解法制备(0001)定向的6H-SiC薄膜

在Si(111)衬底上用聚苯乙烯溶胶凝胶甩膜并经950℃真空(10^-3Pa)热解处理法,制备出晶态SiC薄膜.用FTIR,XRD,TEM,RamanXPS等方法研究了SiC薄膜的晶体结构、微结构、组成以及各元素的化学态等性质.结果表明制得的是沿(0001)高度择优取向的晶态6H-SiC薄膜.膜中SiC晶粒沿c轴柱状生长,其最大尺寸约150nm,膜厚约为0.3μm,SiC中的Si/C比约为1.表层有少许污染C(CH和CO)和少量O(Si₂O₃,CO态氧和吸附氧).从对比实验可知,在热解时将甩膜的Si片与另一空白Si片面面相贴可明显增加SiC的生成量. 关键词： 碳化硅 薄膜 溶胶凝胶     

FCVAD合成Ta-C(N)薄膜及其Raman和XPS分析

掺N非晶金刚石Ta—C(N)薄膜是合成β—C3N4研究中出现的一种新型固体薄膜材料,近年来由于其优异的电化学性能受到越来越多的关注。我们用磁过滤阴极真空弧等离子体沉积(FCVAD)方法在不同N2分压下,在Si衬底上合成了Ta—C(N)薄膜。Raman和XPS分析表明Ta—C：N薄膜中的N主要以C—N的方式与C结合。N2分压越大,N／C原子比越高,最高可达31．1％。但同时sp^3键含量越低,并且合成Ta-C：N薄膜的速度越慢。     

射频功率对PECVD制备类金刚石薄膜光学性能的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法在石英片上生长类金刚石薄膜。通过紫外可见分光光度计、椭偏仪测试手段,研究不同射频功率条件下类金刚石薄膜的光学性能的变化。结果表明,射频功率对类金刚石薄膜的生长具有重要影响,在较低功率下生长的类金刚石薄膜,具有较高的光学透过率和较大的光学带隙。     

国产SiC衬底上利用AIN缓冲层生长高质量GaN外延薄膜

采用高温AlN作为缓冲层在国产SiC衬底上利用金属有机物化学气相外延技术生长GaN外延薄膜.通过优化AlN缓冲层的生长参数得到了高质量的GaN外延薄膜,其对称(0002)面和非对称(1012)面X射线衍射摇摆曲线的半峰宽分别达到130 arcsec和252 arcsec,这是目前报道的在国产SiC衬底上生长GaN最好的...     

金刚石薄膜对电子束流强放大特性的数值模拟

为充分了解用于金刚石放大光阴极电子枪中的金刚石薄膜对初级电子束流强的放大特性及与其他因素的关系,利用VSIM软件的PIC模块对金刚石放大电子束流强的物理特性进行了数值模拟,结果给出了电子束流强的最大放大倍数与初级电子束能量、金刚石薄膜内部场强及金刚石薄膜厚度等因素的定量关系。模拟结果显示,选择合适的初级电子束能量和金刚石薄膜内部场强,电子束流强的最大放大倍数可以达到两个数量级。     

Growth and Chemical Thermodynamics Analysis of SiC Film on Si Substrate by Heating Polystyrene/Silica Bilayer Method

采用改进的PS/OCS/Si(111)叠层热解法,在石英高温管式炉中,常压流通Ar气氛下,于1300 o C制备出了无层错空洞缺陷的晶态SiC薄膜．采用红外、X射线衍射和扫描电镜等分析方法对薄膜样品进行了表征．并研究了这种方法制备SiC薄膜的化学热力学过程．通过对反应平衡常数和吉布斯自由能的计算,初步确定了生成SiC的主反应的发生顺序以及反应体系的平衡状态,并论证了流通的Ar气氛对于反应的持续进行是必须的．该方法制备的薄膜为SiO2/SiC/Si(111)结构,这种结构对于半导体MOS器件的应用是非常有利的．该SiO2层形成反应后期降温阶段,并且可以通过RCA清洗工艺(标准半导体清洗工艺)彻底清除．目前还没有发现用这种方法生长SiC薄膜的报道．     

金刚石基底上氮化硼薄膜的场发射特性研究

 利用射频磁控溅射方法,在金刚石膜上沉积了氮化硼薄膜。红外光谱分析表明,氮化硼薄膜的结构为六角氮化硼。在超高真空系统中测量了样品的场发射特性,沉积在金刚石膜上的氮化硼薄膜的阈值电场为12 V/μm,最大发射电流密度为272 μA/cm²。并且沉积在金刚石膜上的氮化硼薄膜的场发射特性明显优于金刚石薄膜本身的场发射特性。这说明,氮化硼薄膜可以有效地改善金刚石膜的场发射特性。场发射Fowler-Nordheim（F-N）曲线表明,电子发射是通过遂穿表面势垒完成的。     

电子增强化学气相沉积法制备金刚石膜

 采用EACVD方法在Si衬底上制备出生长速率高的优质金刚石膜，其生长速率最大可达7 μm/h，成膜范围Φ40 mm，并对优质金刚石膜的生长特性进行了研究。     

金属与金刚石薄膜接触的电学特性研究

用热丝辅助化学汽相沉积技术在Si衬底上合成了含少量受主型杂质的近于本征的金刚石薄膜，并研究了三种金属（Cu，Ag和Al）与它接触的电学特性，以及退火对接触特性的影响．结果表明Cu，Ag与金刚石薄膜接触的电学特性比较类似，而Al则明显不同；而且退火对它们的接触特性影响很大 关键词：     

化学气相沉积法制备金刚石膜截面微区Raman分析

采用微区Raman散射分析方法研究化学气相沉积法制备的金刚石膜的横截面.金刚石膜从衬底面到生长面不同位置具有不同特征的Raman谱,依此对膜中的金刚石、石墨和非晶碳成分进行分析.衬底面附近区域对应金刚石膜生长过程的成核阶段,非晶碳成分含量较高,相应于1200—1600cm^-1波段较大的散射强度和存在较强的荧光背底.膜厚增大,非晶碳成分中sp³结构成分首先减少,而sp²结构成分和石墨成分的减少相对缓慢.而生长面附近区域只有比较单纯的晶体金刚石 关键词：     

高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究

本文在5.1—5.6 GPa,1230—1600℃的压力、温度条件下,以FeNiMnCo作为触媒,进行单质硼添加宝石级金刚石单晶的生长研究.借助于有限元法,对触媒内的温度场进行模拟.研究得到了FeNiMnCo-C-B体系下,金刚石单晶生长的P-T相图.该体系下合成金刚石单晶的最低压力、温度条件分别为5.1 GPa,1230℃左右.研究发现,在单晶同一{111}扇区内部,硼元素呈内多外少的分布规律.有限元模拟结果给出,该分布规律是由在晶体生长过程中,{111}扇区的增长速度逐渐减小所致.{111}晶向的晶体生长实验结果表明,硼元素优先从{111}次扇区进入晶体.研究发现,这是该扇区增长速度相对较快,硼元素扩散逃离可用时间短导致的.另外,同磨料级掺硼金刚石单晶生长相比,对于温度梯度法生长掺硼宝石级金刚石单晶,由于晶体的增厚速度较慢,即使硼添加量相对较高,也可以实现表面无凹坑缺陷的优质金刚石单晶的生长.     

退火温度对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和p型导电性能的影响

采用热丝化学气相沉积法制备硼掺杂纳米金刚石 (BDND) 薄膜, 并对薄膜进行真空退火处理, 系统研究退火温度对BDND薄膜微结构和电学性能的影响. Hall效应测试结果表明掺B浓度为5000 ppm (NHB) 的样品的电阻率较掺B浓度为500 ppm (NLB) 的样品的低, 载流子浓度高, Hall迁移率下降. 1000 ℃退火后, NLB和NHB 样品的迁移率分别为53.3和39.3 cm²·V^-1·s^-1, 薄膜的迁移率较未退火样品提高, 电阻率降低. 高分辨透射电镜、紫外和可见光拉曼光谱测试结果表明, NLB样品的金刚石相含量较NHB样品高, 高的硼掺杂浓度使薄膜中的金刚石晶粒产生较大的晶格畸变. 经1000 ℃退火后, NLB和NHB薄膜中纳米金刚石相含量较未退火时增大, 说明薄膜中部分非晶碳转变为金刚石相, 为晶界上B扩散到纳米金刚石晶粒中提供了机会, 使得纳米金刚石晶粒中B浓度提高, 增强纳米金刚石晶粒的导电能力, 提高薄膜电学性能. 1000 ℃退火能够恢复纳米金刚石晶粒的晶格完整性, 减小由掺杂引起的内应力, 从而提高薄膜的电学性能. 可见光Raman光谱测试结果表明, 1000℃退火后, Raman谱图中反式聚乙炔 (TPA) 的1140 cm^-1峰消失, 此时薄膜电学性能较好, 说明TPA减少有利于提高薄膜的电学性能. 退火后金刚石相含量的增大、金刚石晶粒的完整性提高及TPA含量的大量减少有利于提高薄膜的电学性能. 关键词： 硼掺杂纳米金刚石薄膜 退火 微结构 电学性能     

高温高压下碳纳米管的相转变及金刚石的合成

 利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）研究了碳纳米管在高压高温下的相转变。研究发现在高压高温条件下碳纳米管是不稳定的,在5.5 GPa压力下,770 ℃到950 ℃间退火时碳纳米管趋向形成碳纳米葱。在5 GPa、1 000 ℃条件下合成了金刚石。     

Combustion synthesis of high-quality diamond film suitable for application in electronic devices

The purpose of this research is to elucidate the electrical characteristics of a diamond film synthesized by combustion flame and synthesize a diamond film suitable for application in electronic devices. When the film contains amorphous carbon, the dielectric loss increases, i.e., the electrical characteristics of the diamond film are degraded. We employed three methods to decrease the amorphous carbon in the diamond film—the detection of the optimal equivalence ratio, addition of hydrogen into synthesizing gas, and heat treatment (annealing) of the diamond film. All these methods can decrease the amount of amorphous carbon effectively, thus systematically changing the factors influencing the optimal synthesis for improving the electric characteristics of the film. We have successfully developed a method for preparing a high-quality diamond film with excellent electrical characteristics that has no dielectric loss in the wide frequency range (10²–10⁸ Hz).     

磷离子注入纳米金刚石薄膜的n型导电性能与微结构研究

系统研究了磷离子注入并在不同温度退火后的纳米金刚石薄膜的微结构和电学性能.研究表明,当退火温度达到800 ℃以上时,薄膜呈良好的n型电导.Raman光谱和电子顺磁共振谱的结果表明,薄膜中金刚石相含量越高和完整性越好,薄膜电阻率越低. 这说明纳米金刚石晶粒为薄膜提供了电导.1000 ℃退火后,薄膜晶界中的非晶石墨相有序度提高,碳悬键数量降低,薄膜电阻率升高.薄膜导电机理为磷离子注入的纳米金刚石晶粒提供了n型电导,非晶碳晶界为其电导提供了传输路径. 关键词： 纳米金刚石薄膜 n型 磷离子注入