Fe刻蚀金刚石的速率

本语文对Ｆｅ刻蚀金刚石的速率进行了定量的研究。Ｆｅ刻蚀金刚石的机制是金刚石晶格中的碳原子自（金刚石－Ｆｅ）界面不断溶入γ－Ｆｅ，并在γ－Ｆｅ中扩散。根据这一机制，导出了Ｆｅ刻蚀金铡石速率（ｖ）的理论公式。应用理论公式的计算值与实测相比较，两者基本相符。该式对与Ｆｅ刻蚀金刚石机制相同的过程均可适用。     

不同类型宝石级金刚石生长过程中石墨的不同析出形式

在压力5.3 GPa、温度1603 K的FeNiCo(wt; 55∶ 29∶ 16)触媒中沿{111}面合成Ⅰb型及Ⅱa型宝石级金刚石过程中金刚石周围分别伴随有片状及粉末状石墨析出.这两种不同形态的石墨均会对金刚石生长产生不利影响.对这两种石墨进行XRD和SEM测试分析表明:生长Ⅰb型和Ⅱa型金刚石时所析出的石墨分别为再结晶石墨和微晶石墨.本文分析了这两种石墨析出原因的异同点.     

助熔剂法生长片状硼酸铁单晶及其磁光性能

本文采用助熔剂法，从Ｆｅ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ｐｂＯ／ＰｂＦ２系统中生长出片状弱铁磁性ＦｅＢＯ３晶体。用磁光调制倍频法测出ＦｅＢＯ３单晶在可见光区的法拉第旋转谱，并用分光光度计测出该晶体的光吸收谱，得出表征材料磁光性能的优值与波长的关系，并对ＦｅＢＯ３晶体生长与磁光性能作了讨论。     

多余碳源的析出形式与宝石级金刚石单晶生长

温度梯度法生长宝石级金刚石单晶过程中,当籽晶无法完全吸收由高温端扩散下来的碳源时,多余碳源的不同析出形式(再结晶石墨或者自发核)对晶体生长速度有明显的影响。当大量多余碳源以再结晶石墨形式析出时,和以金刚石自发核形式析出不同,晶体的生长速度受到较为明显的抑制作用。例如,以NiMnCo触媒为例,随着合成温度的提高,当多余碳源不再以金刚石自发核形式析出,而是以大量片状再结晶石墨形式围绕在晶体周围时,晶体的生长速度从相对低温时的约3.0mg/h降到较高温度时的1.0mg/h;此外,随着合成压力由5.5GPa降到5.2GPa,晶体生长速度由3.0mg/h降到1.0mg/h,多余碳源析出形式也由金刚石自发核变化为再结晶石墨。     

富勒铁复合材料中晶体的电镜分析

采用适当的激光热处理，使Ｃ６０／Ｃ７０涂层与４５钢基底发生复合并生成昌体相。通过ＳＥＭ、ＴＥＭ、波谱、ＳＴＥＭ能谱等手段，证实所制备的富勒铁复合材料中生成许多不同地Ｆｅ－Ｃ合金体系带常规析出物的多边形晶体，其中有三角形、四边形、五边形、六边形和八边形几种，尺寸为１０μｍ量级。对晶体形貌进行成分的初步鉴定和结构分析、表明这些晶体中部分为立方金刚石，其它为未知的新型结构的碳化物。     

在石墨-Ni70Mn25Co5体系中金刚石生长的活化能与表面能的确定

针对国内作为生产锯片级金刚石而普遍采用的石墨-Ni70Mn25Co5反应体系,研究了在一定的高温高压条件下金刚石的成核速率和生长速率.用石墨-金刚石转变的成核与生长动力学理论确定了在5.2GPa压力和1520K的温度下金刚石生长的活化能和表面能分别为3.77eV和0.005eV.比较表明,在石墨-Ni70Mn25Co5体系中金刚石生长的活化能和界面能的大小与国外报道的其它石墨-触媒体系的相关数据有相同的量级.进而评论了金刚石的合成机理.     

高温高压金刚石衬底上的同质外延生长研究

在自主研发的小功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置上利用高温高压(HPHT)单晶金刚石片为衬底进行了金刚石同质外延生长的研究.研究了甲烷浓度、工作气压对金刚石生长速率的影响.测量了金刚石外延 生长过程中等离子体的发射光谱,利用扫描电子显微镜(SEM)和数码相机对生长前后金刚石的形貌进行了表征,利用激光拉曼光谱对金刚石的质量进行了分析.结果表明:一定程度内,适当升高工作气压和甲烷浓度能够有效提高金刚石的生长速率;在外延生长过程会产生过多的丘状体,导致许多金刚石颗粒的产生,影响其生长时间和质量,通过生长、刻蚀相结合的方法能够有效延长生长时间,改善生长形貌;外延生长出的金刚石的激光拉曼图谱中金刚石1332 cm-1特征峰明显、尖锐,荧光背底低,非金刚石相特征峰较低.     

超高压高温下石墨向金刚石直接转变的EET理论分析

石墨向金刚石在超高压高温下的转变机理经过了数十年的探讨,至今未形成定论.本文根据固体和分子经验电子理论(EET理论),分别计算了静压超高压高温条件下立方合成立方金刚石过程中石墨和金刚石的价电子结构,获得了石墨和金刚石12组不同组合晶面间的价电子密度.结果表明,在超高压高温下其电子密度差均大于10;,说明石墨/金刚石晶面的价电子结构差异太大,不能诱发石墨向立方金刚石的直接转变.分析认为:超高压高温下,石墨先分解出一亚稳相后再转变成立方金刚石结构.     

非金刚石衬底表面气相生长金刚石薄膜的成核理论（I）——光滑表面衬底

本文应用热力学成核理论研究了低压气相生长金刚石薄膜过程中，金刚石在非金刚石衬底表面的成核行为，在计入原子氢对稳定核和衬底刻蚀作用情况下，建立了平表面衬底上稳定原子团的生长议程及成核理论。该理论与已有的实验事实是一致的，并且在线性近似条件下得到了一些有意义的结果。     

NaCl晶体中氧族离子稳定的(F+2)H心

描述了掺氧族离子（Ｏ＾２－，Ｓ＾２－，Ｓｅ＾２－）ＮａＣｌ晶体中（Ｆ２＾＋）Ｈ心的制备过程，报道了氧族离子稳定的（Ｆ２＾＋）Ｈ心的吸收光谱和发射光谱，测量了这些（Ｆ２＾＋）Ｈ心的室温避光稳定性。研究表明，氧族离子对Ｆ２＾＋心的稳定作用顺序为Ｏ＾２－〈Ｓｅ＾２－〈Ｓ＾２－，而受这三种离子扰动的（Ｆ２＾＋）Ｈ心的光谱峰位相对于纯Ｆ２＾＋心的移动大小亦为这一顺序。这一顺序与它们相应元素的电子亲合能顺序相     

单晶硅各向异性仿真刻蚀模型构建与形貌模拟

本文针对单晶硅在不同温度、浓度、表面活性剂等多种刻蚀条件下的形貌模拟问题，构建了硅原子结构模型并分析了其主要晶面刻蚀速率和对应原子结构之间的关系，提出了适应于单晶硅刻蚀模拟的表层原子刻蚀函数(Si-RPF),明确了晶面宏观刻蚀速率与原子微观移除概率之间的数值联系，构建了基于遗传算法的动力学蒙特卡罗各向异性湿法刻蚀工艺模型(Si-KMC)。该工艺模型可以基于台阶流动理论，从原子角度解释单晶硅刻蚀各向异性的成因，能够明确不同类型的原子在刻蚀过程中的作用和实现对不同刻蚀条件下单晶硅衬底三维刻蚀形貌的精确模拟。对比有无表面活性剂添加条件下的单晶硅刻蚀实验数据和模拟结果表明，Si-KMC刻蚀工艺仿真模型模拟结果可以达到90%以上仿真精度。     

热丝法CVD在75Si—Fe上沉积金刚石膜

首次在工业７５硅铁上热丝法气相沉积出了较好的金刚石薄膜。ＳＥＭ、Ｒａｍａｎ检测表明：金刚石薄膜有强烈的选择生长、初生硅区域（含硅９６ｗｂ％）金刚石成核生长缓慢、ＦｅＳｉ２区域成核密度约高前者一个数量级以上。本文对上述现象作了初步理论分析。     

二氧化碳对同质外延生长单晶金刚石内应力的影响

本文研究了在反应气体中引入不同浓度的CO₂对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法同质外延生长单晶金刚石内应力的影响,并对其作用机理进行了分析。研究发现,随着CO₂浓度增加,单晶金刚石内应力逐渐减小,这是由于添加的CO₂提供了含氧基团,可以有效刻蚀金刚石生长过程中的非金刚石碳,并能够降低金刚石中杂质的含量,从而避免晶格畸变,减少生长缺陷,并最终表现为单晶金刚石内应力的减小,其中金刚石内应力以压应力的形式呈现。此外反应气体中加入CO₂可以降低单晶金刚石的生长速率和沉积温度,且在合适的碳氢氧原子比(5∶112∶4)下能够得到杂质少、结晶度高的单晶金刚石。     

使用ECR等离子体沉积和刻蚀非晶碳薄膜

用苯作源气体在一个微波电子回旋共振等离子体系统中沉积了含氢非晶碳薄膜,研究了沉积参数对膜的生长速率的影响.为了探索该种薄膜在干刻蚀工艺过程中用作掩膜的可能性,还研究了它在氧等离子体中的刻蚀性能.结果表明非晶碳膜对于氧等离子体具有高的抗刻蚀性,其刻蚀率不仅与刻蚀的过程参量有关,而且决定于膜的沉积条件.     

湿法刻蚀腔室结构数值优化

为确定某种新型刻蚀机最优的晶圆与喷淋头间距(Gap),通过CFD仿真分析气体在不同Gap腔室内的物质输运分布,并结合乙醇环境下HF酸刻蚀SiO2工艺的物理化学过程,建立了刻蚀速率估算公式,以此分析了不同Gap腔室的刻蚀速率及刻蚀均匀性,最终获得了具有最佳刻蚀效果的腔室结构.研究分析表明:Gap较小时晶圆中心刻蚀速率偏高,Gap较大时晶圆边缘刻蚀速率偏高;平均刻蚀速率随着Gap的增大逐渐降低,而刻蚀不均匀度随Gap增大先减小后增大,在Gap取值70 mm时刻蚀均匀性最佳且刻蚀速率较高.     

高温高压下石墨-Ni70Mn25Co5体系中金刚石单晶合成工艺参数对金属包膜的影响

利用扫描电子显微镜和能谱仪,研究了高温高压下金刚石单晶合成工艺参数对石墨-Ni70Mn25Co5体系中金属包膜组织形貌和成分的影响。结果发现:合成压力和合成温度都合适时,金属包膜中基本无条状石墨,而且包膜中间都存在网状物,包膜中存在着明显的碳、镍和锰的成分起伏;此时合成时间对包膜的形貌影响不明显;而合成压力为5.1GPa的包膜中存在大量条状石墨,包膜中间无网状物。分析认为,网状物为溶入了锰、钴的镍基γ固溶体,该固溶体是高温高压合成过程中促使金刚石转变的催化相。     

LiF：Mg^2＋晶体中类F^＋2心的形成及稳定性研究

通过对吸收光谱及荧光强度的研究，本文讨论了几种不同掺杂浓度的ＬｉＦ：Ｍｇ＾２＋晶体中室温下Ｆ＾＋２心的热衰变及Ｍｇ＾２＋－Ｆ＾＋２－Ｖｃ心的形成过程和稳定性，并讨论了Ｍｇ＾２＋－Ｆ＾＋２－Ｖｃ心的形成速度与晶体中的Ｍｇ＾２＋离子浓度的关系。     

面向微机械应用的CVD金刚石微齿轮的制备

以电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺制备单晶硅微齿轮陈列模具,采用热丝法化学气相沉积(HFCVD)制备出结构精细的金刚石微齿轮,其齿顶圆直径约1.55 mm、齿轮厚度10μm.应用扫描电镜分别观察了ICP刻蚀的硅微齿轮模具及CVD金刚石微齿轮,表明齿轮微结构形貌精细,金刚石微齿轮较好地复制了硅微细结构;Raman光谱分析表明微齿轮的金刚石质量较高.此工艺可以实现金刚石薄膜的精细图形化,为面向微机械应用的金刚石器件的经济批量制备提供了一种途径.     

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.     

磷含量对金刚石镀层形貌及其加工性能的影响

通过化学镀方法,在金刚石颗粒表面制备一层不同P含量的Ni-P合金层;利用SEM分析了镀层的微观形貌;并用其制备了固结磨料研磨垫,比较了不同P含量金刚石研磨垫在加工过程中的摩擦系数、声发射信号及研磨垫的耐磨性;探索了不同研磨垫的加工特性;并与电镀镍金刚石进行了对比.结果表明:金刚石镀层P含量能够明显改变金刚石的形貌;研磨过程中的摩擦系数、材料去除速率和工件表面粗糙度随着P含量的增加呈先增大后减小的趋势;中磷金刚石磨粒对工件的摩擦力和切入深度最大,研磨垫的磨粒保持性与自修整性平衡;电镀金刚石表面粗糙度及加工性能介于低磷与中磷之间.