硼碳氮薄膜的制备及性质研究

论文摘要

采用射频磁控溅射和射频反应性磁控溅射两种方法制备了硼碳氮薄膜。利用X-射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、X-射线衍射分析（XRD）、原子力显微镜（AFM）、紫外-可见-近红外光谱、硬度测试等多种方法对硼碳氮薄膜进行了分析和表征。首次系统地研究了各个沉积参数对硼碳氮薄膜的组分和厚度的影响,其中主要有气体分压比、基底温度、总气压、射频功率、基底偏压等对硼碳氮薄膜的影响。首次系统地研究了硼碳氮薄膜的电阻率。研究表明,氮气分压比、基底偏压、射频功率、沉积时间对硼碳氮薄膜的电阻率都有影响。在超高真空条件下测量了硼碳氮薄膜的场发射特性。研究了硼碳氮薄膜的光透射性质。表明射频磁控溅射方法制备的硼碳氮薄膜的透射率较好。通过优化实验参数,成功地制备了内应力较低、硬度较高的硼碳氮薄膜,为硼碳氮薄膜的实际应用提供了前提条件。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 硼碳氮材料的研究起源
• 1.1.1 石墨与六角氮化硼
• 1.1.2 金刚石与立方氮化硼
• 1.2 硼碳氮薄膜的研究进展
• 1.2.1 硼碳氮薄膜的理论研究
• 1.2.2 硼碳氮薄膜的实验研究
• 1.3 硼碳氮薄膜的性质及潜在的应用前景
• 1.4 硼碳氮薄膜的表征
• 1.4.1 硼碳氮薄膜的 X-射线光电子能谱（XPS）
• 1.4.2 硼碳氮薄膜的傅立叶变换红外光谱（FTIR）
• 1.4.3 硼碳氮薄膜的 X-射线衍射分析（XRD）
• 1.4.4 硼碳氮薄膜的原子力显微镜测试（AFM）
• 1.4.5 硼碳氮薄膜的拉曼光谱
• 1.5 本论文的选题和主要研究内容
• 第二章 溅射沉积系统、薄膜制备的基本程序及其表征
• 2.1 射频磁控溅射的基本原理及实验装置
• 2.1.1 溅射
• 2.1.2 射频磁控溅射
• 2.1.3 实验装置
• 2.2 射频磁控溅射方法制备硼碳氮薄膜的基本程序
• 2.2.1 基底表面处理
• 2.2.2 镀膜用靶的制作
• 2.2.3 薄膜制备的基本程序
• 2.3 射频反应性磁控溅射方法制备硼碳氮薄膜的基本程序
• 2.3.1 基底表面处理
• 2.3.2 镀膜用靶的制作
• 2.3.3 薄膜制备的基本程序
• 2.4 在合适的实验条件下沉积的硼碳氮薄膜
• 2.4.1 硼碳氮薄膜的 X-射线光电子能谱（XPS）
• 2.4.2 硼碳氮薄膜的傅立叶变换红外光谱（FTIR）
• 2.4.3 硼碳氮薄膜的 X-射线衍射分析（XRD）
• 2.4.4 硼碳氮薄膜的原子力显微镜测试（AFM）
• 2.4.5 硼碳氮薄膜的拉曼光谱
• 2.4.6 硼碳氮薄膜厚度的测量
• 2.4.7 硼碳氮薄膜的紫外-可见光谱
• 2.4.8 硼碳氮薄膜的硬度测试
• 2.5 本章小结
• 第三章 射频磁控溅射方法制备硼碳氮薄膜
• 3.1 氮气分压比对硼碳氮薄膜的影响
• 3.1.1 实验
• 3.1.2 氮气分压比对硼碳氮薄膜厚度的影响
• 3.1.3 氮气分压比对硼碳氮薄膜组分的影响
• 3.1.4 结论
• 3.2 工作气压对硼碳氮薄膜的影响
• 3.2.1 实验
• 3.2.2 工作气压对硼碳氮薄膜厚度的影响
• 3.2.3 工作气压对硼碳氮薄膜组分的影响
• 3.2.4 结论
• 3.3 基底温度对硼碳氮薄膜的影响
• 3.3.1 实验
• 3.3.2 基底温度对硼碳氮薄膜厚度的影响
• 3.3.3 基底温度对硼碳氮薄膜组分的影响
• 3.3.4 结论
• 3.4 基底偏压对硼碳氮薄膜的影响
• 3.4.1 实验
• 3.4.2 基底偏压对硼碳氮薄膜厚度的影响
• 3.4.3 基底偏压对硼碳氮薄膜组分的影响
• 3.4.4 结论
• 3.5 射频功率对硼碳氮薄膜的影响
• 3.5.1 实验
• 3.5.2 射频功率对硼碳氮薄膜厚度的影响
• 3.5.3 射频功率对硼碳氮薄膜组分的影响
• 3.5.4 结论
• 3.6 本章小结
• 第四章 射频反应性磁控溅射方法制备硼碳氮薄膜
• 4.1 甲烷分压比对硼碳氮薄膜的影响
• 4.1.1 实验
• 4.1.2 甲烷分压比对硼碳氮薄膜厚度的影响
• 4.1.3 甲烷分压比对硼碳氮薄膜组分的影响
• 4.1.4 结论
• 4.2 射频功率对硼碳氮薄膜的影响
• 4.2.1 实验
• 4.2.2 射频功率对硼碳氮薄膜厚度的影响
• 4.2.3 射频功率对硼碳氮薄膜组分的影响
• 4.2.4 结论
• 4.3 工作气压对硼碳氮薄膜的影响
• 4.3.1 实验
• 4.3.2 工作气压对硼碳氮薄膜厚度的影响
• 4.3.3 工作气压对硼碳氮薄膜组分的影响
• 4.3.4 结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 硼碳氮薄膜的电学性质研究
• 5.1 硼碳氮薄膜的电阻率研究
• 5.1.1 电阻率的测量方法
• 5.1.2 电阻率的测量装置
• 5.1.3 氮气分压比对硼碳氮薄膜电阻率的影响
• 5.1.4 基底偏压对硼碳氮薄膜电阻率的影响
• 5.1.5 射频功率对硼碳氮薄膜电阻率的影响
• 5.1.6 沉积时间对硼碳氮薄膜电阻率的影响
• 5.2 硼碳氮薄膜的场发射特性研究
• 5.2.1 场发射理论与研究进展
• 5.2.2 场发射测试系统
• 5.2.3 场发射结果与讨论
• 5.2.4 硼碳氮薄膜的场发射机理
• 5.2.5 结论
• 5.3 本章小结
• 第六章 硼碳氮薄膜的光学性质研究
• 6.1 引言
• 6.2 射频磁控溅射方法制备的硼碳氮薄膜的光学性质
• 6.2.1 实验结果与讨论
• 6.2.2 结论
• 6.3 射频反应性磁控溅射方法制备的硼碳氮薄膜的光学性质
• 6.3.1 实验结果与讨论
• 6.3.2 结论
• 6.4 两种方法制备的硼碳氮薄膜光学性质的比较
• 6.4.1 实验结果与讨论
• 6.4.2 结论
• 6.5 影响硼碳氮薄膜光学性质的因素
• 6.5.1 硼碳氮薄膜厚度对透射率的影响
• 6.5.2 沉积过程中反应气体对透射率的影响
• 6.5.3 热处理对硼碳氮薄膜透射率的影响
• 6.5.4 结论
• 6.6 本章小结
• 第七章 硼碳氮薄膜的力学性质研究
• 7.1 硼碳氮薄膜的硬度
• 7.1.1 硬度的测试方法
• 7.1.2 结果分析与讨论
• 7.1.3 结论
• 7.2 硼碳氮薄膜的内应力研究
• 7.2.1 内应力
• 7.2.2 内应力对硼碳氮薄膜红外光谱的影响
• 7.2.3 减小硼碳氮薄膜内应力的方法
• 7.2.4 结论
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文
• 致谢
• 附:中英文摘要