金刚石膜在Si(100)衬底上的选择沉积

采用自行设计的微波等离子体化学气相沉积系统,利用铜网作为模板实现了在Si(100)衬底上金刚石膜的选择沉积.用场发射扫描电子显微镜(SEM)、Raman散射谱对样品进行了表征与分析.并与同样生长条件下未采用模板时得到的金刚石样品进行了比较.结果发现,采用模板后,金刚石膜的成核密度和质量都得到很大提高.     

Specific Features of Distribution and Relaxation of Elastic Stresses in Homoepitaxial CVD Films of Germanium and Diamond

Crystallography Reports - The real structures of epitaxial CVD films of germanium and diamond have been comparatively analyzed. The influence of the specific features of elastic-stress distribution...     

利用发射电子法经由热灯丝CVD在Si(100)上合成局域异质外延金刚石膜

本文利用发射电子法经由热灯丝CVD在Si(100)上获得了局域异质外延金刚石膜.由Raman背散射强度(在1332cm-1处)旋转角依赖关系表明,金刚石膜与Si(100)的定向关系为dia(100)∥Si(100)和dia[110]∥Si[110].在金刚石膜的成核阶段,位于衬底和灯丝之间的电极相对于灯丝施加一负偏压,获得的金刚石膜用扫描电镜和Raman谱表征.对实验结果进行了简要的讨论.     

CVD法沉积金刚石薄膜中成核与生长的势垒研究

探明成核与生长的机理对于沉积高质量金刚石薄膜是十分重要的.本文采用PM3方法,计算了化学汽相沉积金刚石薄膜成核与生长阶段反应势垒.研究了对于不同反应气体(甲烷和乙炔)脱氢和增加沉积基团势垒的差异.结果说明,无论是成核阶段,还是生长阶段,脱氢势垒都小于加生长基团的势垒.然而,增加乙炔基的势垒大于增加甲基的势垒,这可能是因为乙炔分子必须打开C≡C键才能沉积到衬底表面.     

椭球谐振腔式MPCVD装置高功率下大面积金刚石膜的沉积

使用自行研制的椭球谐振腔式MPCVD装置,以H2-CH4为气源,在输入功率为9 kW,沉积压力为1.7 ×104 Pa和不同的气体流量条件下制备了金刚石膜.利用扫描电镜、激光拉曼谱对金刚石膜的表面和断口形貌、金刚石膜的品质等进行了表征.实验结果表明,利用椭球谐振腔式MPCVD装置能够在较高的功率下进行大面积金刚石膜的沉积;在高功率条件下,较高质量的金刚石膜的沉积速率可以达到4 ～5 μm·h-1的水平,而气体的流量则会显著影响金刚石膜的品质及其沉积速率.     

[100]定向织构生长金刚石薄膜的红外光学性能研究

采用微波等离子增强化学气相沉积法在(100)镜面抛光的硅片衬底上实现了金刚石薄片[100]定向织构生长.并用扫描电子显微镜、拉曼散射和傅立叶红外光谱仪分析测试了不同工艺得到的金刚石薄片的表面形貌、组成结构和红外性能.结果表明:负偏压辅助定向成核和氢的等离子刻蚀不仅促进了金刚石薄膜的定向织构生长,而且还能刻蚀成核期的非金刚石成分.从而提高了金刚石薄片的红外光透过特性.     

断续磨削加工聚晶金刚石的机理研究

分别采用超声振动冲击和脉冲激光加热技术对开槽金刚石砂轮断续磨削加工聚晶金刚石过程中的机械冲击和热冲击进行了模拟实验研究.研究结果表明,在断续磨削加工过程中,由于开槽砂轮和工件之间接触面积变化引起的磨削力周期性变化,有利于聚晶金刚石材料加工表面上的晶粒产生脆性微细破碎去除;由于开槽砂轮和工件之间接触面积变化引起的热冲击,有利于聚晶金刚石材料加工表面上的晶粒产生微细裂纹和疲劳破碎.实验结果表明,开槽金刚石砂轮磨块切入部分的磨粒以破碎损耗为主,磨块切出部分的磨粒以机械磨耗、氧化、石墨化损耗为主.     

Specific Features of the Formation of Thin Films for SmS-Based Thermoelectric Generators

Crystallography Reports - The specific features of magnetron sputtering deposition of thin SmS films for thermoelectric generators that do not require any forced formation of temperature gradient...     

高功率直流电弧等离子体喷射法制备的金刚石厚膜中黑色缺陷的研究

借助激光标记的方法,对采用高功率直流电弧等离子体喷射法制备的金刚石膜中的黑色缺陷进行了定点表征.结合使用光学显微镜、激光扫描共焦显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射技术等多种表征方法,对同一样品的特定微观标记区域进行了多角度的分析.实验结果表明:金刚石膜内部的黑色缺陷是一种存在于晶界处的孔洞与质量较低的金刚石相的复合体,它的形成应与金刚石膜中某些晶界处的生长环境有关.     

我国化学气相沉积(CVD)金刚石膜研究三十年

从1980年代化学气相沉积(CVD)金刚石膜问世,我国研究人员迅速跟进,在短时间内从国家层面进行布局,“863计划”从1987年启动到2016年落幕。在我国科学技术需要急起直追的年代,“863计划”的实施有力推动了我国CVD金刚石膜技术的进步,直至今天国家重点研发计划仍然在接力支持CVD金刚石在各个领域的应用研究。回顾CVD金刚石三十年的发展历程,对我国科技战略的设计、科技政策的制定、科研计划的落实、科技成果的实施等有重要的借鉴意义。     

ZrO2 (Y2O3) 增韧SiC中介结合的金刚石聚晶烧结体的相结构与性能

本文采用恒沸腾水解法制备了颗粒度均一的亚微米晶ZrO2 (Y2O3)粉体,并以其为增韧相,在高温(1350℃)超高压(5GPa)条件下制备ZrO2 (Y2O3)+SiC+金刚石的聚晶烧结体(PCD).用XRD、SEM背散射分析、冲击韧性测定和磨耗比测定研究了不同含量Y2O3稳定的ZrO2粉体对SiC-金刚石聚晶烧结体结构及机械性能的影响,结果表明:ZrO2 (Y2O3)粉体中Y2O3含量＜2.2mol;时,ZrO2以四方t相+单斜m相的混合相形式存在于烧结体的结合剂基体上,t相量随Y2O3含量增加而增加,对SiC-金刚石聚晶烧结体的增韧来源于相变增韧和微裂纹增韧的叠加,当Y2O3含量＞2.2mol;时,ZrO2以100;t相存在,增韧机制为相变增韧.在2.0mol;～2.2mol;Y2O3含量范围内,PCD可获得较高的磨耗比和冲击韧性.     

PDC材料烧结中钴在金刚石层中的扩散熔渗迁移过程研究

对不同烧结阶段快速冷却固化的PDC实验样品金刚石层中钴的线分布(EDX)分析结果表明,PDC材料烧结中钴在金刚石层中的运动过程经历了三个基本阶段:(1)钴固相扩散;(2)钴液熔渗;(3)两次钴高浓度峰在金刚石层中的"波浪"式迁移过程.其中第一次钴高浓度峰与金刚石聚晶结构形成密切相关;而第二次钴高浓度峰则与聚晶晶粒异常长大密切相关.钴在金刚石层中的"波浪"式迁移过程是由金刚石-钴系统中金刚石溶解再结晶生长过程造成的,在这一过程中温度梯度grad T和碳浓度差ΔC是钴峰"波浪"式迁移的直接驱动力.     

陶瓷单晶(100)基底上外延生长Pt薄膜

用对靶溅射技术在MgAl2O4 (100) (MAO) 和SrTiO3 (100) (STO)单晶基底上制备Pt薄膜.基底温度为700℃时,Pt薄膜外延生长为(200)取向,Pt/STO 薄膜的电阻率很低,而Pt/MAO 薄膜表现出高电阻特征.此外,Pt (50nm)/La0.67Ca0.33MnO3 (50nm)/STO的制备和研究表明,在包括庞磁电阻材料的器件设计中,Pt是一种较好的电极材料.     

采用MOCVD方法在GaAs衬底上生长ZnO(002)和ZnO(100)薄膜

采用金属有机化学汽相沉积生长法（MOCVD）,在不同的衬底表面处理条件和生长温度下,在GaAs衬底上生长出了ZnO薄膜。随着化学腐蚀条件的不同,可生长出优先定位不同的ZnO（100）和ZnO（002）薄膜。该薄膜的晶体结构特性是由X光衍射谱仪（XRD）所获得的,而其光学特性是由光荧光谱仪（PL）来测的。与ZnO（002）相比,ZnO（100）薄膜具有更优越的晶体结构特性,并且在同样的生长温度下都具有相似的光学特性。对于腐蚀条件不同的GaAs衬底所进行的XPS分析结果表明,ZnO薄膜优先定位变化的主要原因在于腐蚀过程中形成的富As层。     

热稳定性混合生长型聚晶金刚石研制

本文在分析国内外钻探用聚晶金刚石应用及性能基础上,研制开发耐高温界面生长型聚晶金刚石,采用0.05钴片或钴铁片(5;铁)扩散工艺,对工艺组装制备及合成工艺条件进行详细分析论证,建立一种界面生长型聚晶金刚石合成工艺,由于采用强酸处理方法去除残余金属钴存在处理不彻底及对性能影响大缺陷,通过分析国内外聚晶热稳定性基础上,得出生长型聚晶晶间结构即Co存在状态是提高热稳定性关键,通过降低进入聚晶金属Co含量和改变晶间物相及组成,即主要是改变金属Co存在状态,加入适量金属Ti、W,在扩散生长同时生成新的固溶体-硬质合金,即TiC-Co、 WC-TiC-Co固溶体,从而改变聚晶显微组织中残留Co存在状态,并对样品进行电镜扫描、电子探针分析、转靶X射线衍射分析等分析,研究证明其结构基本是D-D键结合的高晶体,晶粒金刚石之间是D-D键错综连接形成多孔网状结构,产品具有高自锐性和热稳定性,热稳定达到1473K.最后对生长机理进行初步分析,并提出界面生长机理.     

偏压加强MPCVD法Ir(100)/MgO(100)基片上金刚石异质外延形核

利用自行研制的可调谐圆柱谐振腔式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置的结构优势,设计了电极可调节的偏压加强MPCVD装置.采用脉冲激光沉积(PLD)法制备了Ir(100)/MgO (100)基片.采用偏压加强MPCVD装置进行了金刚石异质外延形核的探索,在Ir(100)/MgO (100)基片上实现了金刚石异质外延形核.扫描电镜结果显示,[100]取向的金字塔状外延金刚石晶粒的形核密度达108～109 cm-2.     

多晶碘化汞厚膜的生长及其性质研究

采用热壁物理气相沉积法(hot-wall PVD)制备HgI2多晶厚膜,采用XRD、金相显微镜等手段对其进行表征,结果表明多晶HgI2厚膜呈定向(001)晶向生长且晶粒尺寸大小均匀.并分析讨论了不同温度对厚膜生长的影响.通过对其I-V特性的测试表明其具有高的电阻率(达1011Ω*cm)和较好的线性关系.     

Structure of Polycrystalline Cu Films as Solar Selective Coatings

Copper thin films (5–150 nm) were prepared by vacuum deposition with different rates (0.7, 1.5 and 3 nm/s). The position, intensity and profile of X-ray diffraction lines were analysed to study the phases, the crystallographic preferred orientation as well as the residual strain and crystallite size. The fcc polycrystalline Cu phase was revealed and no oxide phases were identified. The films were highly oriented with 〈111〉 fiber texture. The ratio of P₁₁₁/P₂₀₀ increased with the film thickness. Thus, in case of amorphous substrate, the type of the crystallographic texture of a film depends mainly on the structure of the deposited material. The crystallite size increases while the residual strain decreases, as the film thickness or the deposition rate is increased. The crystallite size was very small compared with the film thickness. The effect of deposition rate was pronounced specially from 0.7 to 1.5 nm/s.     

Thermoelectric Power of Polycrystalline Sb2Te3 Films

Polycrystalline stochiometric films of Sb₂Te₃ with different thickness were prepared on glass substrates by a flash evaporation technique at constant substrate temperature of 423 K. The thermoelectric power of these films was determined by measuring integrally the developed thermo — e.m.f. at different temperature differences between the hot and cold ends. The thermoelectric power of Sb₂Te₃ films was determined as a function of the temperature and thickness of the films. It was found that the Fermi level becomes pinned at higher temperatures. The values of γ, E₀, and A parameters were determined as functions of the thickness of the films. The dependence of the thermoelectric power on the reciprocal thickness of the films was explained on the basis of the grain size effect.