自支撑优质金刚石膜制备及红外透射特性研究

论文题目: 自支撑优质金刚石膜制备及红外透射特性研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 光学工程

作者: 梁继然

导师: 常明

关键词: 金刚石膜,拉曼光谱,微波等离子体,光学级金刚石膜

文献来源: 天津理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: ZnSe、ZnS和Ge等是目前广泛应用于8～11.5μm(1250～870cm-1)波段的红外窗口和头罩材料，但随着红外器件的功率越来越高，这些窗口和头罩材料的光学与机械性能已经不能满足实用要求，需要性能更加优异的材料。优质的CVD金刚石膜具有高热导率，高硬度和非常好的化学稳定性，作为高功率CO2激光器窗口的优越性主要在于其极佳的导热性能。尽管CVD金刚石膜在10.6μm的吸收系数比ZnSe高1个数量级，但导热率却比ZnSe高100倍，因此在高功率下使用时窗口的温升反而比ZnSe窗口小得多，对ZnSe和光学级CVD金刚石膜窗口在5Kw CO2激光输出水平上的研究表明，如果把窗口的厚度也考虑在内，金刚石膜窗口热透镜效应几乎可以忽略。宽的禁带宽度5.4eV，其从紫外到远红外波段几乎是透明的。拥有高硬度和化学稳定性，使其成为一种高功率红外理想材料。论文主要叙述了金刚石及薄膜的优异特性，研制进展和应用，介绍了化学气相沉积法的基本原理，沉积方法，并利用两种沉积方法进行了试验和对比。本试验以CVD金刚石膜作为远红外光学窗口作为突破口，研究大面积光学级CVD金刚石膜的沉积工艺和生长机理。并成功的制备出了光学透明性非常好的优质金刚石膜。所作的的工作如下：1)利用热丝化学气相沉积方法，分次连续的沉积了优质金刚石厚膜，其厚度可达200μm以上。2)研究了利用热丝化学气相沉积方法，减小沉积气压，获得了具有（110）择优取向趋势，与光学级金刚石膜的取向一致，其在10.6μm处透射率可达40％。3)利用微波等离子体化学气相沉积方法沉积出了优质的光学级金刚石膜，其红外透过率达到70％，表面为（110）择优取向。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 金刚石的结构和优异特性

1.2 红外光学应用对材料的要求

1.3 化学气相沉积金刚石膜的发展历史

1.4 国内外研究、应用动态

1.5 常用的金刚石膜的沉积方法

1.6 金刚石膜的常用表征方法

1.7 本文的研究目的和内容

第二章化学气相沉积原理概述

2.1 化学气相沉积金刚石膜的一般条件

2.2 化学气相沉积(CVD)基本原理

2.2.1 低压化学气相CVD金刚石相图

2.2.2 金刚石形核

2.2.3 亚稳态生长与原子氢的作用

2.2.4 CVD金刚石膜的反应过程

2.3 生长模型

2.3.1 CVD法的非平衡热力学耦合模型

2.3.2 CVD法生长金刚石膜的动力学模型

2.4 金刚石形貌的改变

第三章利用热丝CVD方法合成自支撑金刚石膜

3.1 实验装置

3.2 影响金刚石薄膜生长的主要因素

3.3 金刚石膜的制备

3.4 实验结果分析

3.5 自支撑金刚石膜的获得

3.6 应力分析

3.7 透射率模型

3.8 实验过程出现的问题及原因分析

3.9 小结

第四章微波等离子体CVD法制备金刚石膜

4.1 微波等离子体及其特点

4.2 微波等离子体的CVD装置

4.3 金刚石膜的沉积

4.3.1 影响因素

4.3.2 金刚石膜的制备与结果分析

4.4 小结

第五章结论

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

发布时间: 2007-08-01

参考文献

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