硅衬底上纳米晶金刚石生长

研究了蚀刻气体对生长在硅衬底上纳米晶金刚石合成的影响.合成方法为热丝化学气相沉积法,衬底温度为550 oC,反应压力为4 kPa. 其中甲烷和氢气分别作为源气体和稀释气体. 氮气、氢气和氨气用作蚀刻气体. 结果表明,仅氢气作为蚀刻气体可获得最佳工艺条件.     

热丝法气相沉积纳米金刚石薄膜

纳米金刚石薄膜的沉积实验在自行研制的热丝化学气相沉积系统上完成。基体为金刚石微粉研磨和酸蚀后的硬质合金片，反应气体为CH4和H2混合气，V（CH4）：V（H2）=1％-4％，基体温度800-1000℃，沉积时气压为0．8～2．0kPa。SEM观察表明，影响金刚石膜的表面形貌及粗糙度的关键参量是基体温度、反应气压及含炭气体的浓度，这些参数都会影响到薄膜的纯度、结晶习性和晶面完整性。沉积纳米金刚石薄膜工艺是通过高密度形核以及抑制金刚石膜在沉积过程中的晶粒长大来实现的。     

纳米晶Ti薄膜的结构研究

用高密度、高电离度的电子迴旋共振等离子体溅射方法在室温基片上沉积出纳米晶Ti薄膜,基体为玻璃、NaCl单晶、纯Al等。对Ti薄膜的结构、形貌和成分进行X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析,表明所沉积的Ti薄膜是平均粒径d<10nm,晶粒大小均匀且具有比较稳定的fcc反常结构的纳米晶粒膜。我们还较系统地研究了各工作参数对Ti薄膜的晶体结构、晶粒尺寸、成膜速率以及对基体粘附力的影响,分析了成膜机理。 关键词：     

氢稀释对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响及薄膜生长机理

以SiH₄与H₂作为前驱气体,采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明,随着氢稀释比增加,薄膜的晶化率明显提高,而氢稀释比过高时,薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明,纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加,薄膜中整体氢含量和SiH₂键合密度明显减少,而在高氢稀释比条件下,氢稀释比增加导致薄膜中SiH₂键合密度和整体氢含量增加.     

氢稀释对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响及薄膜生长机理

以SiH4与H2作为前驱气体,采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明,随着氢稀释比增加,薄膜的晶化率明显提高,而氢稀释比过高时,薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明,纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加,薄膜中整体氢含量和SiH2键合密度明显减少,而在高氢稀释比条件下,氢稀释比增加导致薄膜中SiH2键合密度和整体氢含量增加.     

模板对异构体选择性生长的动力学控制作用与化学气相沉积金刚石的生长机理

阐述了模板的动力学控制作用对大尺度有序结构特别是亚稳相的生长，对自由能相差很小的异构体的选择生长所具有的重要作用.汲取现有金刚石生长理论的合理思想，以模板概念为基础给出了对化学气相沉积(CVD)过程的动力学热力学综合描述：1)碳原子在碳氢化合物中的化学势高于固相碳，气相碳氢化合物的碳原子有可能落到化学势较低的固态碳的各种异构体.2)气相碳通过表面反应实现向固相碳的转化.3)表面的模板作用是控制气相碳原子转换方式的主要动力学因素，不同的表面(石墨各种取向的表面及金刚石不同取向的表面)选择了落入其上的碳原子的结构方式及能量状态.4)因此,衬底的不同区域可发生几种不同的独立的表面反应过程,这些反应对应于不同表面的生长.5）而这些表面反应的方向性及速度受表面临域热力学因素的影响，反应的方向性决定了某种晶面是生长或刻蚀，在特定的温度、压强及各种气体分压下可以实现金刚石的生长和石墨的刻蚀.6)衬底局域晶格结构及键价结构和衬底表面气相的温度、压强及各种气体分压等热力学条件共同决定了成核的临界条件.7）与外界有能量和物质交换的等离子体系统，以及气相中发生的一系列化学反应，仅起到了维持某种固相表面生长所需要的非平衡热力学条件和化学条件的作用.金刚石和石墨表面具有的模板动力学控制作用，在特定热力学条件下主导自身外延层的生长方式；异质衬底的某些局域微观结构可以作为新相生长成核的局域模板；不同材料、不同的处理方法、及不同的化学环境下的衬底具有不同的局域微观结构，从而决定了多晶薄膜的取向优势. 关键词： 模板 异构体 选择性生长 金刚石薄膜     

人工金刚石薄膜生长过程中有关反应活性的研究

用原子簇团模拟人工金刚石膜生长过程中的一些生长核,采用从头自治的DV-X_n方法对这些簇团和与生长过程有关的一些气相分子和基团(CH,CH_2,CH_3,·CH_3,CH_4·H,C_2H,C_2H_2,C_2H_4)进行了电子结构计算,从化学反应活性的角度探讨金刚石膜生长过程中这些气相分子和基团与生长核的反应活性,结果表明,CH,CH_2,CH_3,CH_4·H和变形的C_2H_2更易于与金刚石表面发生化学吸附。另外,通过分析簇团的电子态密度和前线分子轨道的组成情况,提出了人工金刚石膜生长中生长核长大的 关键词：     

大面积均匀纳米金刚石薄膜制备研究

报道了一种利用偏压恒流等离子辅助热丝化学气相沉积城硅基板上制备大面积均匀纳米金刚石薄膜的新工艺，在不同沉积条件下研究了纳米金刚石薄膜的成核和生长过程，并通过扫描电镜、拉曼光谱和表面粗糙度测试仪观察了纳米金刚石薄膜的结构特征。最后成功制备了直径100mm、平均晶粒尺寸10nm的光滑纳米金刚石薄膜。     

CVD金刚石薄膜孪晶形成的原子机理分析

采用X射线衍射技术、电子背散射衍射技术和扫描电镜分别观察了不同甲烷浓度条件下沉积的CVD自支撑金刚石薄膜的宏观织构、晶界分布和表面形貌. 研究了一阶孪晶在金刚石晶体{111}面生长的原子堆垛过程. 结果表明，由于一阶孪晶〈111〉60°的取向差关系以及{111}面的原子堆垛结构，使{111}面上容易借助碳原子的偏转沉积产生一阶孪晶. 低甲烷浓度时，碳原子倾向于在表面能较低的{111}面沉积，为孪晶的形成提供了便利，且高频率孪晶使薄膜织构强度减弱. 甲烷浓度升高使生长激活能较小的{001}面成为主要前沿生长面，因而只有〈001〉晶向平行薄膜法向的晶粒能够不断长大，因此孪晶形核概率明显减小. 另外，在薄膜中发现二阶孪晶，并对二阶孪晶的形成进行了分析. 关键词： 金刚石薄膜 孪晶 原子机理 取向差     

压力对纳米金刚石膜生长的影响

纳米金刚石膜具有高耐磨能力和低摩擦系数,在多个领域有广阔的应用前景。纳米金刚石膜可通过热丝化学气相沉积方法进行制备。其中,系统压力是关键的参数,适当的压力下可生长纳米金刚石膜,而改变压力则金刚石膜的表面形态将发生变化。实验通过不同压力下制备金刚石膜,采用扫描电镜进行形貌观察,并通过拉曼光谱确定纳米金刚石结构。实验表明,金刚石膜形态随压力变化而改变,一定压力下生长出纳米金刚石膜,降低压力则晶体颗粒变粗。分析其原因是与氢原子的运动密切相关。     

Ohmic and Schottky contacts of hydrogenated and oxygenated boron-doped single-crystal diamond with hill-like polycrystalline grains

Hill-like polycrystalline diamond grains(HPDGs) randomly emerged on a heavy boron-doped p~+ single-crystal diamond(SCD) film by prolonging the growth duration of the chemical vapor deposition process.The Raman spectral results confirm that a relatively higher boron concentration(～1.1 × 10~(21) cm~(-3)) is detected on the HPDG with respect to the SCD region(～5.4 × 10~(20) cm~(-3)).It demonstrates that the Au/SCD interface can be modulated from ohmic to Schottky contact by varying the surface from hydrogen to oxygen termination.The current-voltage curve between two HPDGs is nearly linear with either oxygen or hydrogen termination,which means that the HPDGs provide a leakage path to form an ohmic contact.There are obvious rectification characteristics between oxygen-terminated HPDGs and SCD based on the difference in boron doping levels in those regions.The results reveal that the highly boron-doped HPDGs grown in SCD can be adopted as ohmic electrodes for Hall measurement and electronic devices.     

石英衬底上生长的高光学质量的纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积(RFHFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了表面光滑、晶粒致密均匀的纳米金刚石薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)和台阶仪观测薄膜的表面形貌和粗糙度,x射线衍射(XRD)和Raman光谱表征膜层的结构,并用紫外可见近红外光谱仪测量其光透过率.实验结果表明,衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性、表面粗糙度及光透过率均有很大程度的影响,其最佳值分别为700℃,2×133Pa和200W.在该最佳参量下经1h的生长即获得连续、平滑的纳米金刚石膜,其平均晶粒尺寸为约25 关键词： 纳米金刚石薄膜 射频等离子体增强热丝化学气相沉积 光透过率     

Cobalt-induced polycrystalline silicon film growth

Cobalt (Co)-induced crystalline silicon (Si) growth was investigated. The Co catalyst reacted to dc magnetron sputtered Si at 600 °C forming a Co silicide layer. The polycrystalline Si (poly-Si) was epitaxially grown above the Co silicide template, which has a small lattice misfit to Si. Annealing followed to improve the Si crystallinity. X-ray diffraction was performed to trace Co silicide phase formation and transition. The Co-rich silicide phase transitioned to CoSi₂ by annealing. The crystallinity of Si films was identified using reflection absorption Fourier transform-infrared spectroscopy, which detected unique peaks at 689 and 566 cm⁻¹ after the annealing process. The thin poly-Si film was used to fabricate a Schottky diode to prove the electronic quality. A good quality Si thin film was achieved by the metal-induced Si growth.     

CH基团与金刚石(111)面的碰撞反应及其对碳膜生长的影响

等离子体增强化学气相沉积技术中的碳膜选择性自组装机理是高性能碳膜制备过程中的挑战性基础课题.采用经典分子动力学方法,模拟了不同能量(1.625-65 eV)的CH基团在清洁金刚石和吸氢金刚石(111)面上的轰击行为,获得了吸附、反弹、反应等各类事件的发生概率,并据此探讨了含氢碳膜制备过程中CH基团的贡献.结果表明,随着入射能量的增加,CH基团对薄膜生长的贡献由单纯的吸附、反弹机理向反应、吸附混合机理转变,其中最主要的反应过程是释放一个或两个氢原子的反应,而释放氢分子的反应则很少发生.这些反应不仅使薄膜生长过程更均匀、薄膜表面更平整,还降低了薄膜的氢含量.生长机理的转变导致低能量条件下所成薄膜中的多数碳原子都包含一个氢原子作为配位原子,而高能量条件下的薄膜中的碳原子则很少有氢原子作为配位原子.另外,通过分析sp~3-C和sp~2-C数目的变化,研究了CH基团对金刚石基底的破坏作用.     

MPCVD方法制备军用光学元件纳米金刚石膜

介绍了用MPCVD方法制备纳米金刚石膜的工艺。用MPCVD方法实验研究了在光学玻璃上镀纳米金刚石膜:膜层厚度为0 4551μm,粒度小于200nm,表面粗糙度小于29 5nm,最大透过率为80%;平均显微硬度为34 9GPa,平均体弹性模量为238 9GPa,均接近天然金刚石的力学性能。与衬底材料表面应力-2 78GPa相比,具有较好的抗压和耐磨效果。     

Strength and plastic deformation of polycrystalline diamond composites

ABSTRACT

The use of nanopolycrystalline diamond has allowed a systematic study on deformation of polycrystalline diamond composites (PCDCs). Bulk PCDCs samples containing either Co or SiC as a binding agent were deformed under high pressure and temperature to strains up to 18% at strain rates ～10^?5?s^?1. All samples exhibit strong work hardening. The strength of PCDCs depends on the amount and type of binding agents and is consistently weaker than that of diamond single crystals. The weakening may be due to the binder materials, which play an important role in affecting grain boundary structures. In SiC-based PCDC, significant grain fragmentation occurs. Nearly all grain boundaries are wetted by SiC after large deformation, resulting in lower strength. In Co-based PCDC, the microstructure is dominated by dislocations, deformation twins, and separated grain boundaries. The density of deformation twins increases significantly with strain, with the twin domain width reaching as low as 10–20?nm at 14% strain.     

用金刚石车削技术制备EOS实验用铝薄膜和铜薄膜

具有材料理论密度的金属薄膜对于材料高压状态方程(EOS)研究而言具有重要的意义。本文提出采用金刚石车削技术,利用超精密金刚石车床、金刚石圆弧刀具及真空吸附夹持技术,对纯铝和无氧铜进行端面车削,完成了EOS实验用铝薄膜和铜薄膜的车削加工,实现了薄膜密度接近材料理论密度。精加工工艺参数为：进给量0.001 mm/r,主轴转速3000 r/min,切削深度1 μm。采用Form Talysurf series 2型触针式轮廓仪进行测量,结果表明：铝薄膜、铜薄膜厚度可以达到小于10 μm水平,表面均方根粗糙度小于5 nm,原始最大轮廓峰-谷高度小于50 nm,厚度一致性好于99%。     

A CVD diamond film detector for pulsed proton detection

A chemical vapour deposition （CVD） diamond film detector was prepared and the main characteristics for pulsed proton detection were studied at Beijing Tandem Accelerator. The result shows that the charge collection efficiency of the detector increases with increasing electric field intensity and reaches to 9.44% at 5 V/μm with the charge collection distance of 15.9 μm. The relationship between the sensitivity of the detector and proton energy is consistent with the Monte Carlo （MC） simulation result. Its plasma time for a pulse with 4.85×10^5 protons is 1l.2ns. The dose threshold for onset of damage under 9MeV proton irradiation in the detector is about 10^13 cm^-2. All of the results show that a CVD diamond detector has fast time response and high radiation hardness, and can be used in pulsed proton detection.