过滤电弧沉积非晶金刚石薄膜的光谱椭偏研究

为了深入理解过滤阴极电弧沉积非晶金刚石薄膜的光学性质,利用光谱椭偏仪研究了薄膜光学常数随测试偏振光波长变化的谱学关系,进而分析了薄膜折射率、消光系数和光学带隙与沉积能量之间的变化规律。实验表明,非晶金刚石薄膜的折射率高于金刚石晶体的折射率,薄膜的吸收光谱在高吸收区可以用抛物线型函数描述,并由此计算Tauc带隙。随着波长向红外延伸,非晶金刚石薄膜的消光系数渐次降低并趋近于零,光学常数因沉积能量变化而实现的调整幅度也逐渐缩小。随着衬底偏压的增加,折射率和光学带隙都是先升高后减小,并在负偏压为80 V时有最大值;而消光系数却是先减小再升高,在负偏压为80 V时有最小值。     

不同能级加速过滤电弧沉积四面体非晶碳膜的结构和性能

采用过滤阴极真空电弧技术，通过施加0—2000 V衬底负偏压使沉积离子获得不同能级的入射能量，在单晶硅上制备了四面体非晶碳薄膜.拉曼光谱分析表明，薄膜的结构为非晶sp³骨架中镶嵌着平面关联长度小于1 nm的sp²团簇.原子力显微镜研究表明：在低能级、富sp³能量窗口和次高能级，薄膜中sp³的含量越多，其表面就越光滑，应用sp³浅注入生长机制能够圆满地解释薄膜表面形态与离子入射能量之间的关系；但在高 关键词： 四面体非晶碳 过滤阴极真空电弧 能级     

非晶金刚石薄膜的场致电子发射性能研究

利用真空磁过滤弧沉积技术制备出一种高sp³含量的非晶碳膜———非晶金刚石薄膜，并对这种非晶金刚石薄膜的场电子发射特性及其发射机理进行了研究．实验结果表明，在阈值电场低于20V/μm情况下，得到的场发射电流达20—40μA，薄膜的电子发射行为符合Fowler-Nordheim场发射理论．研究表明，这种非晶金刚石薄膜具有负的电子亲合势和较小的有效功函数以及相对较低的禁带宽度 关键词：     

金刚石薄膜场发射进展

评述了国际上金刚石薄膜场发射的研究进展和存在的问题，主要包括金刚石薄膜场发射现象，场发射的可能机制和改善场发射的措施。     

磁过滤器电流对非晶碳薄膜摩擦学特性影响的研究

研究了过滤阴极真空电弧技术中,不同的磁过滤器电流下(5—13 A),制备的四面体非晶碳(ta-C)薄膜对摩擦学特性的影响.通过对薄膜厚度,薄膜结构以及薄膜表面粗糙度随磁过滤电流的变化结果进行了测试,结果表明,随着磁过滤器电流的增大,薄膜的sp³键含量逐渐减少,表面粗糙度从0.13增大到0.38.磁过滤器电流在5 A时,薄膜的摩擦系数最小约为0.08,当电流增大到7 A时,摩擦系数显著增大,磁过滤器电流从7 A增大到13 A时,薄膜的摩擦系数再次减小约为0.1. 关键词： 四面体非晶碳 过滤阴极真空电弧 磁过滤器电流 摩擦系数     

X光电子谱辅助Raman光谱表征N含量对非晶金刚石薄膜的结构影响

用过滤阴极真空电弧沉积系统制备掺N非晶金刚石(ta-C:N)薄膜,通过在阴极电弧区和沉积室同时通入N2气实现非晶金刚石薄膜的N原子掺杂,并通过控制N2气流速制备不同N原子含量的ta-C:N薄膜.用X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱分析N含量对ta-C:N薄膜微观结构的影响.XPS分析结果显示:当N2气流速从2 cm3·min-1增加到20 cm3·min-1时,薄膜中N原子含量从0.84 at.%增加到5.37 at.%,同时随薄膜中N原子含量的增加,XPSC(1s)芯能谱峰位呈现单调增加的趋势,XPSC(1s)芯能谱的半高峰宽也随着N含量的增加而逐渐变宽.在Raman光谱中,随N原子含量增加,G峰的位置从1 561.61 cm-1升高到1 578.81 cm-1. XPs C(1s)芯能谱和Raman光谱分析结果表明:随N含量的增加,XPSC(1s)芯能谱中sp2/sp3值和Raman光谱中,ID/IG值均呈上升的趋势,两种结果都说明了随N原子含量增加,薄膜中sP2含量也增加,薄膜结构表现出石墨化倾向.     

类金刚石膜不同能量下的离子注入

本文对等离子体气相沉积法制备的类金刚石膜(a-C:H)进行了离子注入研究。注入剂量固定为5×10⁵Ar/cm²,注入能量分别为50,100,140和180keV。离子注入前后分别作了红外吸收谱,Raman谱,光学能隙,氢含量和电阻率的测量。结果表明,注入离子破坏了膜中的C—H键,sp²和sp³态都减少,而(sp²/sp³)比值增大;光学能隙E_opt,电阻 关键词：     

椭偏法表征四面体非晶碳薄膜的化学键结构

采用自主研制的双弯曲磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术,在不同衬底负偏压下制备了四面体非晶碳(ta-C)薄膜。通过分光光度计和椭偏(SE)联用技术精确测量了薄膜厚度,重点采用椭偏法对不同偏压下制备的ta-C薄膜sp3 C键和sp2 C键结构进行了拟合表征,并与X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱的实验结果相对比,分析了非晶碳结构的椭偏拟合新方法可靠性。结果表明,在-100V偏压时薄膜厚度最小,为33.9nm;随着偏压的增加,薄膜中的sp2 C含量增加,sp3 C含量减小,光学带隙下降。对比结果发现,椭偏法作为一种无损、简易、快速的表征方法,可用于ta-C薄膜中sp2 C键和sp3 C键含量的准确测定,且在采用玻璃碳代表纯sp2 C的光学常数及拟合波长选取250～1700nm时的椭偏拟合条件下,拟合数值最佳。     

非晶金刚石薄膜的X射线反射研究

利用过滤阴极真空电弧系统制备了不同衬底偏压下非晶金刚石薄膜,分别采用X射线反射法测定了相应的非晶金刚石膜密度,分析了薄膜密度与沉积能量之间的变化规律．建立了薄膜密度随衬底偏压的变化曲线。研究发现在-80V时非晶金刚石膜密度存在最大值3．26g／cm^2,随着偏压的增大和减小,薄膜的密度都相应的下降;当衬底偏压加到-2000V时,密度减小到2．63g／cm^2,相对于密度的最大值变化较小。通过薄膜sp^3能态杂化含量与密度的简单比例关系,近似推算出非晶金刚石膜中sp^3能态的含量最高可达80％以上。     

FCVAD合成Ta-C(N)薄膜及其Raman和XPS分析

掺N非晶金刚石Ta—C(N)薄膜是合成β—C3N4研究中出现的一种新型固体薄膜材料,近年来由于其优异的电化学性能受到越来越多的关注。我们用磁过滤阴极真空弧等离子体沉积(FCVAD)方法在不同N2分压下,在Si衬底上合成了Ta—C(N)薄膜。Raman和XPS分析表明Ta—C：N薄膜中的N主要以C—N的方式与C结合。N2分压越大,N／C原子比越高,最高可达31．1％。但同时sp^3键含量越低,并且合成Ta-C：N薄膜的速度越慢。     

Ce~(3+)注入掺杂金刚石薄膜蓝区电致发光研究

采用微波等离子体化学气相沉积设备在高掺杂硅衬底上沉积了一层金刚石薄膜,然后采用离子注入法在金刚石薄膜中注入不同剂量的Ce3+,从而制备出了Ce3+掺杂的金刚石薄膜.研究了其电致发光特性,得到了发光主峰位于蓝区(476 nm和435 nm处)的光发射.实验中发现随着Ce3+注入剂量的增加,电致发光强度也随之增加.     

金刚石薄膜红外椭圆偏振参量的计算与拟合

用红外椭圆偏振仪对热丝化学气相沉积法制备的金刚石薄膜的光学参量进行了测量。由于表面状态和界面特性的差异，分别对镜面抛光硅片和粗糙氧化铝基片上的金刚石薄膜建立了不同的模型，并在此基础上进行了测试结果的计算拟合。为了综合反应诸如表面粗糙度等表面界面因素对测试结果的影响，根据衬底特性将表面层和界面层分离出来，并采用Bruggeman有效介质方法对它们的影响进行了近似处理。结果表明，硅衬底上金刚石薄膜的椭偏数据在模型引入了厚度为879nm的表面粗糙层之后能得到很好的拟合。而对于氧化铝衬底上的金刚石薄膜而言，除了在薄膜表面引入了粗糙层之外，还必须在衬底和金刚石界面处加入一层由体积分数为0．641的氧化铝、体积分数为0．2334的金刚石和体积分数为0．1253的空隙组成的复合过渡层(厚度995nm)，才能使计算值与实验参量很好地吻合。     

脉冲偏压电弧离子镀Cr-O薄膜结构及光学性能研究

采用脉冲偏压电弧离子镀技术在单晶硅基片及石英玻璃上制备了一系列均匀透明的Cr-O薄膜. 用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子谱、纳米压痕仪、紫外可见光分光光度计等方法对薄膜的表面形貌、膜厚、相结构、成分、元素的化学价态、硬度和光学性能等进行表征, 主要研究了偏压幅值对薄膜结构和性能的影响. 结果表明, 施加偏压可使薄膜的沉积质量明显提高, 其相结构由非晶态转变为晶体态, 并随着偏压幅值的增加, 由Cr₂O₃相向CrO相转变; 薄膜的硬度先增大后减小, 当偏压为-300 V时, 硬度达到最大值24.4 GPa; 薄膜具有良好的透光率, 最高可达72%; 当偏压为-200 V时, 薄膜的最大光学帯隙为1.88 eV.     

自持金刚石厚膜上沉积生长ZnO薄膜及发光特性

采用磁控溅射在自持CVD金刚石厚膜的成核面上制备了ZnO薄膜,并实验研究了其生长特性和发光特性随O2和Ar流量的变化。利用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)光谱、电子探针(EPMA)和霍尔测量对样品进行了检测。结果表明,在O2/Ar比值约为1时沉积得到的ZnO薄膜取向较一致,呈现高阻的状态并且发光性能最好。     

金刚石膜厚度尺寸对热残余应力的影响

 采用有限元方法对钼基体上不同厚度（20~1 000 μm）金刚石膜的热残余应力进行了全面的模拟与分析,得出了它们在膜内分布的等值线图,研究了金刚石膜厚度尺寸对整个膜内的最大主拉应力和界面处每个应力分量最大值的影响。结果表明：在整个膜内,最大主拉应力的位置出现在膜的表面、界面或侧面,其值随膜厚度的增加而增大;在界面处,最大轴向应力随膜厚度的增加而增大,而最大径向压应力、最大周向压应力和最大剪应力则随膜厚度的增加而减小,其中最大剪应力减幅较小;膜厚度越大时,以上各量随厚度增（减）的速度越慢。其结论对于在金刚石膜的制备中合理地选择厚度、有效地进行应力控制有一定的参考价值。     

GeSe2非晶半导体薄膜中光致结构及性能变化

运用X射线衍射分析、红外光谱分析、扫描电镜分析和透射光谱分析，研究了GeSe2非晶半导体薄膜经514.5nm波长的氩离子激光辐照后的结构及性能变化。实验结果表明，经热处理和激光辐照后，薄膜的光学吸收边均移向短波长处，这种移劝随着辐照激光强度和辐照时间的增加而增大，并且在退火薄膜中是可逆的，扫描电镜分析结果表明，薄膜在激光辐照后有微晶析出，这种微晶的析出量随着辐照激光强度的增强而增加。