大尺寸高质量金刚石厚膜制备及氮掺杂对金刚石膜生长的影响研究

论文摘要

本文采用EA-CVD方法沉积金刚石膜,系统地研究了甲烷流量和热丝排布等工艺参数对金刚石膜生长特性的影响,金刚石膜中的热应力及裂纹控制,建立了制备大尺寸高质量金刚石厚膜的最佳工艺条件,成功地制备出直径为100mm,厚度为1.4mm的金刚石厚膜。研究了氮掺杂对金刚石膜的生长速率、结晶性、品质及内应力的影响以及氮杂质在金刚石膜中的存在形式,结果表明金刚石膜中的氮以Ns0、[N-V]0、[N-V]-1等形式存在。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 金刚石的晶体结构及分类
• 1.1.1 金刚石的晶体结构
• 1.1.2 金刚石的分类
• 1.2 金刚石的性质及应用领域
• 1.2.1 金刚石的性质
• 1.2.2 金刚石的应用领域
• 1.3 CVD 金刚石膜的研究进展
• 1.4 CVD 金刚石膜的主要制备方法
• 1.4.1 热丝 CVD 法和 EA-CVD 法
• 1.4.2 微波等离子体 CVD 法
• 1.4.3 直流等离子体喷射 CVD 法
• 1.4.4 直流热阴极 PCVD 法
• 1.5 CVD 金刚石膜的表征
• 1.6 论文的选题及主要研究内容
• 第二章 CVD 金刚石膜的生长机理
• 2.1 碳的P-T 相图
• 2.2 CVD 金刚石膜的化学反应过程
• 2.3 原子氢（H）的作用
• 2.4 CVD 金刚石膜的生长模式
• 第三章 EA-CVD 法制备大尺寸金刚石厚膜
• 3.1 EA-CVD 金刚石膜沉积设备简介
• 3.2 热丝材料的选择及排布
• 3.2.1 热丝材料的选择
• 3.2.2 热丝材料的排布
• 3.3 CVD 金刚石膜的生长特性
• 3.3.1 乙醇对金刚石膜生长的影响
• 3.3.2 偏流对金刚石膜生长的影响
• 3.3.3 甲烷流量对金刚石膜生长的影响
• 3.4 金刚石膜的热应力及裂纹控制
• 3.5 大尺寸金刚石厚膜的制备
• 3.6 本章小结
• 第四章 掺氮金刚石膜的生长特性研究
• 4.1 实验方法
• 4.2 氮掺杂对金刚石膜生长特性的影响
• 4.2.1 氮掺杂对金刚石膜生长速率的影响
• 4.2.2 氮掺杂对金刚石膜结晶性的影响
• 4.2.3 氮掺杂对金刚石膜品质的影响
• 4.3 氮掺杂对金刚石膜内应力的影响
• 4.3.1 XRD 分析金刚石膜内应力的方法
• 4.3.2 氮掺杂金刚石膜的内应力
• 4.4 本章小结
• 第五章 掺氮金刚石膜中氮杂质状态的研究
• 5.1 Raman 光谱分析金刚石膜中的N-V 型氮杂质
• 5.2 XPS 谱分析金刚石膜的键合结构
• 0氮杂质'>5.3 EPR 谱分析金刚石膜中的NS⁰氮杂质
• 5.3.1 金刚石膜的顺磁共振吸收原理
• 5.3.2 氮掺杂金刚石膜的EPR 谱分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 本文总结
• 参考文献
• 攻读博士期间发表和提交的论文
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract