热丝CVD沉积金刚石薄膜时的等离子体空间分布研究

采用热丝化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)的方法,以丙酮为碳源生长金刚石薄膜时,利用等离子体发射光谱对生长过程中的等离子体空间分布进行了在线诊断。采用SEM,Raman光谱分别对沉积金刚石膜表面、断面的形貌和质量进行表征。光谱分析表明,对于线性阵列布丝情况下,中心区域与边缘区域的基团分布存在差异,中心区温度高,裂解能力强,基团强度高于两边,但中心区域基团特征峰强度的变化比等离子球平缓的多;距离热丝越远,热辐射减小,从丙酮分子中裂解出CH和CO等基团以及由原子H激发的H_β与H_α等强度降低,反而使得复合生成的C₂基团增加。SEM测试结果表明,当丝基间距为4.5,5.5,6.5 mm时,所沉积的金刚石薄膜表面由致密规则晶面向混乱转变,且单位时间内的生长速率也依次降低,此外,Raman光谱表明随着纵向间距的加大,金刚石薄膜的质量随之降低。这与诊断结果中CH和CO强度的降低,C₂基团强度增加及基团C₂/H_α比强度下降相吻合。     

MPCVD生长单晶金刚石及发射光谱分析

在微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)生长单晶金刚石过程中,测量了近衬底附近等离子体发射光谱(OES),研究了甲烷浓度对等离子体中基团谱峰强度的影响,分析了等离子体中基团谱峰相对强度与金刚石生长速率、质量的关系.利用激光拉曼光谱(Raman)和扫描电镜(SEM)对生长之后的单晶金刚石进行表征.结果表明:随着甲烷浓度的提高,Hα基团谱峰几乎不变,C2、Hβ、Hγ和CH基团谱峰强度均增加,而C2基团增加显著.同时,基团谱峰相对强度比值I(Hγ)/I(Hβ)、I(C2)/I(CH)和I(C2)/I(Hα)也都随着甲烷浓度的提高而增加.I(C2)/I(CH)比值的升高不利于单晶金刚石的生长.生长速率测试表明,单晶金刚石的生长速率随I(C2)/I(Hα)比值的增大而增加,当I(C2)/I(Hα)小于0.35时,生长速率呈现指数快速增加,超过这个值之后,增长趋势变缓,生长速率呈线性增加.     

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。     

微波等离子体化学气相沉积法低温制备直纳米碳管膜

Among the three main methods for the synthesis of carbon nanotubes (CNTs)， chemical vapor deposition (CVD) has received a great deal of attention since CNTs can be synthesized at significantly low temperature. Plasma chemical vapor deposition methods can synthesize CNTs at lower temperature than thermal CVD. But in the usual catalytic growth of CNTs by CVD， CNTs are often tangled together and have some defects. These will limit the property research and potential applications. How to synthesize the straight CNTs at low temperature becomes a challenging issue. In this letter， straight carbon nanotube (CNT) films were achieved by microwave plasma chemical vapor deposition (MWPCVD) catalyzed by round Fe-Co-Ni alloy particles on Ni substrate at 610℃. It was found that， in our experimental condition， the uniform growth rate along the circumference of round alloy particles plays a very important role in the growth of straight CNT films. And because the substrate is conducting， the straight CNT films grown at low temperature may have the benefit for property research and offer the possibility to use them in the future applications.     

氧等离子体处理硬质合金表面对金刚石薄膜附着性能的影响

本文采用微波氧等离子体刻蚀硬质合金基体表面,再利用热的浓碱溶液清除硬质合金表面所形成的氧化物,通过扫描电镜(SEM)观察了试样表面情况,并通过X射线能谱(EDAX)分析了硬质合金表面各成分变化情况.经过预处理的试样采用热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜,对所沉积出的金刚石薄膜采用SEM观察及压痕测试,发现经过氧等离子体处理的金刚石刀具较两步酸蚀法处理过的金刚石薄膜涂层,其附着性能有较大提高.     

惰性气体对HFCVD沉积金刚石气相基团的影响

发射光谱法是对等离子进行在线诊断的常用方法。在丙酮/H_2、丙酮/H_2/He和丙酮/H_2/Ar三种体系中,对热丝化学气相沉积金刚石薄膜过程中的等离子体进行了在线测量。研究了不同体积分数的惰性气体对等离子体中各活性基团强度的影响,以及CH,Hβ与C_2的相对强度的比值、电子温度的大小随惰性气体体积分数的变化关系。结果表明,各基团的强度随着惰性气体体积分数的增加呈现上升趋势,且加入同体积分数的氩气比加入氦气的影响更大;CH,Hβ与C_2的相对强度比值、电子温度随着惰性气体体积分数的增加而呈现下降趋势,且在丙酮/H_2/Ar体系中要比丙酮/H_2/He体系中小。     

W过渡层结合界面对金刚石薄膜在WC-6%Co上的附着力的影响

 在微波等离子体化学气相沉积装置中,采用负偏压形核等方法,研究两种不同的W过渡层/基体结合界面对金刚石薄膜与WC-6%Co附着力的影响。采用氢等离子体脱碳、磁控溅射镀W、高偏压碳化等方法,在YG6衬底表面形成化学反应型界面,W膜在碳化时和基体WC连为一体,极大地增加了W膜与基体的附着力,明显优于直接镀钨、碳化形成的物理吸附界面。在高负偏压下碳化,能提高表面粗糙度,增加膜与基体机械钳合,而负偏压形核增加核密度,从而增加膜与基体的接触面积,结果极大地提高了金刚石薄膜的附着力。     

镍基板上低温合成定向纳米碳管

纳米碳管具有非常优异的场发射效应 ,亮度高、均匀且稳定的纳米碳管场效应发射器 ,例如平板显示器、阴极射线管以及信号灯等有着非常广阔的应用前景 [1] .由于纳米碳管的场发射效应与纳米碳管的方向性有关[2 ] ,因此定向纳米碳管的制备及其场发射性能研究是当前的一个研究热点     

硬质合金基体上钛过渡层碳化条件对金刚石薄膜附着力的影响

以WC-6;Co为基体,采用磁控溅射法,在酸蚀后进行氢等离子体脱碳试样上制备Ti过渡层,然后碳化过渡层为TiC.在电子辅助热丝化学气相沉积装置中制备金刚石薄膜.研究碳化条件对金刚石薄膜与基体附着力的影响.结果表明,在700℃左右的低温碳化,TiC结构致密,而在850℃左右的高温碳化,TiC呈疏松的多孔组织,在CH4-Ar等离子体中碳化则850℃左右仍能获得致密的TiC层.在致密的过渡层上沉积的金刚石薄膜具有更高的附着力.     

MWPCVD低温合成纳米碳管的生长机理

The synthesis of carbon nanotubes (CNTs) at low temperature has received a great deal of attention and be-comes a challenging issue. But few model which accounts for the growth of CNTs is suited for the synthesis of CNTs by microwave plasma chemical vapor deposition (MWPCVD) at low temperature because most researchers conclude that the growth mechanism is determined by the catalyst-supporter interaction while ignored the diffusion of carbon in the catalyst. In this paper, under the catalytic effect of cobalt supported by SiO₂ and Al₂O₃, CNTs are synthe-sized by MWPCVD at about 500℃, and tip-growth, the model which accounts for the catalytic growth of CNTs is outlined. It is the temperature difference between the upper and bottom of the catalytic particle that results in the diffusion of carbon atoms from upper to the bottom, and precipitation of saturated carbon on the bottom surface to form CNTs.