衬底材料对制备立方氮化硼薄膜的影响

较系统地研究了不同衬底材料对制备氮化硼薄膜的影响。用热丝增强射频等离子体CVD法,以NH3,B2H6和H2为反应气体,在Si,Ni,Co和不锈钢等衬底材料上,成功生长出高质量的立方氮化硼薄膜,还用13.56MHz的射频溅射系统将c-BN薄膜沉积在Si衬底上,靶材为h-BN(纯度为99.99％）,溅射气体为氩气和氮气的混合气体,所得到的氮化硼薄膜中立方相含量高于90%,用X射线衍射谱和傅里叶变换红谱对样品进行了分析表明,衬底材料与c-BN的晶格匹配情况,对于CVD生长立方氮化硼薄膜影响很大,而对溅射生长立方氮化硼薄膜影响不大。     

立方氮化硼薄膜的光学带隙

用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜,薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识,用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱,利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数,进而确定c-BN薄膜的光学带隙.对于立方相含量为55.4%的c-BN薄膜,光学带隙为5.38eV. 关键词： 立方氮化硼薄膜 光学带隙 K-K关系     

用射频溅射法制备立方氮化硼薄膜

利用射频溅射方法在n型Si(111)衬底上制备出立方相含量接近100%且粘附性较高的立方氮化硼(c-BN)薄膜.傅里叶变换红外谱(FTIR)的结果表明，基底负偏压对薄膜立方相含量和薄膜压应力有很大影响，另外，衬底的电阻率对c-BN生长和薄膜的压应力也有一定的影响. 关键词： 立方氮化硼 射频溅射 压应力 基底负偏压     

立方氮化硼薄膜的生长特性与粘附性研究

用X射线衍射技术、红外吸收光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对热丝辅助射频等离子体化学汽相沉积法制备的立方氮化硼(c-BN)薄膜的生长特性和粘附性进行了研究.改变生长条件，在Si、不锈钢和Ni衬底上沉积c-BN薄膜，进而研究了c-BN薄膜的质量和生长条件与衬底之间的关系.实验发现，Ni衬底上生长的薄膜c-BN含量较高，且粘附性好.当Si衬底上溅射一层Ni过渡层，再生长c-BN薄膜，薄膜中c-BN含量提高，与Si衬底的粘附性也显著增强. 关键词：     

外延法生长金刚石薄膜场发射特性研究

研究了外延法生长金刚石薄膜的场发射特性.金刚石薄膜用热丝CVD法生长,甲烷与氢气比例为2.5%,生长于事先电泳沉积在硅衬底的金刚石微晶上.实验数据的计算结果表明：金刚石薄膜的阈值电压为1.8 V/μm,有效功函数降低为纯金刚石颗粒的0.11倍.通过SEM、XRD和Raman等手段表征了金刚石薄膜的结构,并对其场发射机制作出理论分析.     

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     

立方氮化硼薄膜沉积过程的相变研究

从能量和结构两个角度分析了BN四种相的转变过程，以及杂质和缺陷对立方氮化硼(c-BN)薄膜制备的影响.研究了从六角氮化硼(h-BN)到c-BN转变的一个可能的过程，即h-BN→菱形氮化硼(r-BN)→c-BN过程.对纯的h-BN到r-BN的转变需要克服一个很高的能量势垒，在实验室条件下很难能够提供能量来越过这个势垒.而从r-BN到c-BN的转变只需要克服一个很低的能量势垒.这个能量势垒要低于从h-BN到纤锌矿氮化硼(w-BN)转变所需要克服的能量势垒.c-BN薄膜的制备过程中，薄膜在高能粒子轰击下，会产生大量的缺陷，这些缺陷对立方相的形成起到了重要的作用，缺陷和杂质的存在大大降低了从h-BN到r-BN转变的能量势垒.根据这个理论模型，在两步法制备c-BN薄膜的基础上，调整实验参数，形成三步法制备高质量c-BN薄膜.主要研究了三步法中第一步的时间和衬底负偏压对c-BN薄膜制备的影响，找到合适的沉积时间和衬底负偏压分别为5min和-180V.采用三步法制备薄膜，可以重复得到高立方相体积分数(立方相体积分数超过80%)的BN薄膜，并且实验重复性达到70%以上. 关键词： 立方氮化硼 能量势垒 缺陷 衬底偏压     

p型半导体金刚石膜的磁阻效应

在p型硅(100)衬底上,采用衬底负偏压微波等离子体CVD方法进行了p型异质外延金刚石膜的生长.用O₂等离子体刻蚀技术将金刚石膜刻蚀成长条形,利用四探针法在0—5T的磁场范围内测量了样品的磁阻.实验结果表明,p型异质外延金刚石膜可以产生较大的磁阻.在Fuchs-Sondheimer(F-S)薄膜理论的基础上考虑晶格散射、杂质散射和表面散射,通过求解Boltzmann方程,利用并联电阻模型研究了p型异质外延金刚石膜的磁阻效应,给出了磁阻和金刚石膜厚度、迁移率、空穴密度及磁场的关系.讨论了表面散射和价带形变对p型异质外延金刚石膜磁阻的影响,初步解释了p型异质外延金刚石膜产生较大磁阻的原因 关键词： 金刚石膜 异质外延 磁阻效应 电导率     

掺杂CVD金刚石薄膜的应力分析

在不同实验条件下，用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在Si基体上制备了S掺杂和B-S共掺杂CVD金刚石薄膜，利用X射线衍射仪和拉曼光谱仪研究掺杂对CVD金刚石薄膜的应力影响.研究结果发现，随着S掺杂浓度的增加，薄膜中sp²杂化碳含量和缺陷增多，CVD金刚石薄膜压应力增加；小尺寸的B原子与大尺寸的S原子共掺杂时，微量B的加入改变了CVD金刚石薄膜的应力状态，共掺杂形成B-S复合体进入金刚石晶体后降低金刚石晶体的晶格畸变程度，减少S原子在晶界上偏聚数量和晶体中非金刚石结构相含量，降低由于杂质、缺陷及sp²杂化碳含量产生的晶格畸变和薄膜压应力，提高晶格完整性. 关键词： 金刚石薄膜 掺杂 应力     

甲烷-氢混合气相生长金刚石薄膜

目前,金刚石的合成主要是以石墨为原料,采用高温高压法合成金刚石小颗粒.尽管从五十年代起,许多研究工作者以碳氢化合物为原料想在低气压下合成金刚石薄膜.但一直到七十年代初,S.Aissenbera[1]和C·Weissma-netl[2]等才用离子淀积法生长出了类金刚石薄膜(即膜的大部分为非晶碳结构). 八十年代以来,B.V.Spitsyn[3]提出的化学输运法,S.Matsumoto[4]提出的热丝化学气相淀积(CVD)法,Mutsukazu Kamo[5]等提出的微波等离子体CVD法和A.Sawabe[6]提出的电子促进CVD法,都是以碳氢化合物为原料,混合大量氢气,才生长出真正的金刚石颗粒和薄膜.…     

Novel technique for hetero-epitaxial diamond film growth on cubic boron nitride from iron carbide at high temperature and high pressure

Cubic boron nitride (c-BN) crystals about 0.1–0.3 mmin dimension were treated with iron carbide powders (high purity 99%) with size of 80–100 mesh at a high temperature of 1620 K and a high pressure of 5.2 GPa. It was found that hetero-epitaxial diamond films have been grown on the c-BN from iron carbide. The formation of dia-mond films on the cubic boron nitride can be confirmed by laser Raman spectra, face scan of elements and reflective high-energy electron diffraction. It was suggested that diamond films could be epitaxially formed on the c-BN through decomposition of iron carbide. This approach provides a possible and very effective way to realize hetero-epitaxial growth of homogeneous and large-area diamond films on c-BN, which is different from the conventional technique using a chemical vapor deposition method. Received: 20 December 2000 / Accepted: 9 January 2001 / Published online: 28 February 2001     

MPCVD金刚石的Raman光谱分析

用微波等离子体化学气相淀积法（MPCVD）在Si基片上生长了金刚石薄膜，通过对其进行Raman光谱分析，一次表征了金刚石的结构，纯度及应力状况等材料性能，同时并研究了生长过程中微波功率与金刚石性质的关系。研究表明，微波等离子体化学气相溶积法生长的金刚石薄膜，除了金刚石成分的生长外，还会有部分非金刚石成分的生长，金刚石的纯度与微波功率的关系不明显，另外此种方法生长的金刚石薄膜主要表现为张应力。     

吸收辐射复合金刚石膜的制备及光学研究

采用微波等离子体化学气相沉积（MW-PCVD）和直流热阴极辉光放电等离子体化学气相沉积（DC-PCVD）两种方法相结合,制备出一种吸收辐射的复合金刚石膜,它对宽光谱范围的光辐射具有99%—99.2%的吸收率,同时具有较低的反射率和透过率.随着黑色吸收辐射金刚石层厚度的增加,复合金刚石膜的热导率将小幅度降低,但黑色金刚石膜层厚度小于15 μm时,复合金刚石膜的热导率都在16 W·cm^-1·K^-1以上,这满足吸收辐射复合金刚石膜的高导热需求.用热阴极DC-PCVD方 关键词： 吸收辐射 光学材料 金刚石 热导率     

氢气浓度对MPCVD金刚石膜色度的影响

利用自行设计的直接耦合石英管微波等离子体化学气相沉积装置, 以氢气和甲烷为反应气体, 沉积出八个金刚石膜样品。研究了氢气浓度对所沉积金刚石膜色度的影响。结果表明, 饱和纯度和色纯度随着H2浓度的增大而升高; 当H2浓度达到94.137%时, 饱和纯度和色度纯度达到最大, 分别为8.5%和9.5%; 之后随着H2浓度的进一步升高饱和纯度和色纯度开始下降。     

原子层外延及其进展

近十年来发展起来的原子层外延技术(ALE)实际上是对现有气相外延技术(蒸发、沉积、分子束外延、氯化物外延和MOCVL)的一种改进.它以固体衬底表面的化学反应为基础.因此用ALE方法可以获得精确膜厚、符合化学比、高化学稳定性和结构完整而均匀的化合物薄膜.本综述介绍了ALE的工作原理、特点及其进展概况.指出,ALE方法除了用于研制成功性能优良的太面积薄膜电致发光显示器以外,近年来还在单晶衬底上生长出突变异质结、多量子阱结构和超晶格,从而为研究低维数半导体薄层结构提供了一个媒介.     

STRESS ANALYSIS IN CUBIC BORON NITRIDE FILMS BY X-RAY DIFFRACTION USING sin2 ψ METHOD

The boron nitride (BN) films containing cubic boron nitride (c-BN) and hexagonal boron nitride (h-BN) were prepared by radio frequency a ssisted thermal filament chemical vapor deposition. The stress and strain in BN films were investigated by X-ray diffraction analysis using the sin² ψ method. The results showed that both c-BN and h-BN in the same film have similar values of elastic strain, however, the compressive stress in c-BN is much greater than that in h-BN for the same film. Both stress and strain gradually decre ased with the increase of substrate temperature (T_s). The effective stress in the films calculated by the effective stress model increased with the increase of T_s. Furthermore, the dependence of effective stress in the films on T_s was also investigated.     

金刚石薄膜的结构特征对薄膜附着性能的影响

在不同实验条件下，用微波等离子体化学气相沉积设备在硬质合金(WC+6%Co)衬底上沉积了 具有不同结构特征的金刚石薄膜.用Raman谱表征薄膜的品质和应力，用压痕实验表征薄膜的 附着性能，考察了薄膜中sp²杂化碳含量、形核密度、薄膜厚度对薄膜附着性能 的影响.结 果表明：sp²杂化碳的缓冲作用使薄膜中sp²杂化碳的含量对薄膜中 残余应力有较大的影 响，从而使薄膜压痕开裂直径统计性地随sp²杂化碳含量的增加而减小；仅仅依 靠超声遗 留的金刚石晶籽提高形核密度并不能有效改变薄膜与硬质合金基体之间的化学结合状况，从 而不能有效提高薄膜在衬底上的附着性能；在薄膜较薄时，晶粒之间没有压应力的存在，开 裂直径并不明显随厚度增加而增加，只有当薄膜厚度增加到一定值，晶粒之间才有较强压应 力存在，开裂直径随厚度的增加而较为迅速地增加. 关键词： 金刚石薄膜 附着性能 2杂化碳')" href="#">sp²杂化碳 成核密度 薄膜厚度     

The effects of temperature on nanocrystalline diamond films deposited on WC-13 wt.% Co substrate with W-C gradient layer

A tungsten-carbide gradient coating (WCGC) was prepared by reactive sputtering as an intermediate layer on the cemented carbide, WC-13 wt.% Co, substrate to improve the nucleation, smoothness and adhesion of diamond film. The diamond film was deposited by hot filament chemical vapor deposition (HFCVD). The effects of the substrate temperature on the WCGC and the diamond film were investigated. The characterization of the WCGC and the diamond films was analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), micro-Raman spectroscopy and Rockwell hardness indentation. It is found that the WCGC plays an important role in improving the nucleation, smoothness and adhesion of diamond film; and the diamond films exhibit better quality and adhesion as substrate temperature increases during the CVD processes.