化学气相沉积碳氮膜及金刚石膜的研究

论文摘要

超硬材料是材料科学研究的热门课题之一。氮化碳作为一种理论推算出的新型超硬材料已成为近几年研究的焦点,金刚石是超硬材料中研究比较成熟的一类。本工作主要有两个部分:（1）利用自行研制的直流等离子体化学气相沉积设备在Si（111）面上沉积氮化碳薄膜;（2）以碳纳米管（CNT）为形核剂,利用自行研制的热丝化学气相沉积设备在Si（111）面上沉积金刚石薄膜。对试验制得的膜层运用扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDX）和X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FRIT）、拉曼光谱仪（RAMAN）等测试手段进行检测。氮化碳薄膜的测试结果表明:本实验条件下可以得到致密均匀的膜层,膜层中含有β-C3N4、α-C3N4及其它的碳氮化合物,在此基础上研究了各项工艺参数,包括气体流量比、放电功率、反应压强等对膜层性能的影响。发现在一定范围内随着N2在反应气体中百分含量的增加,得到的膜层N元素的含量也增大;提高放电功率有助于增大膜层沉积速率;一定范围内较高的沉积压强得到的膜层比较致密均匀。本文还研究了利用热丝化学气相沉积法在Si（111）上沉积金刚石膜的工艺规律和特点。研究结果表明,碳纳米管在促进金刚石形核过程中,形核密度比在普通研磨硅片上的高,沉积得到的金刚石膜致密均匀。在此基础上讨论了各项工艺参数对膜层生长的影响。并对CNT形核生长金刚石和金刚石纳米管的过程进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 超硬材料的研究
• 1.2 氮化碳薄膜
• 1.2.1 氮化碳薄膜的制备方法
• 1.2.2 氮化碳薄膜的表征
• 1.2.3 化学气相沉积碳氮膜的研究进展
• 1.3 金刚石薄膜
• 1.3.1 金刚石薄膜的制备方法
• 1.3.2 金刚石薄膜的表征
• 1.3.3 碳纳米管
• 1.3.4 碳纳米管形核制备金刚石膜的分析
• 1.4 本课题的目的和意义
• 第二章 直流等离子体化学气相沉积制备氮化碳薄膜
• 2.1 引言
• 2.2 实验原理
• 2.3 实验装置、工艺参数及过程
• 2.3.1 实验装置、药品及工艺参数
• 2.3.2 电极和基体的预处理
• 2.3.3 操作过程
• 2.4 氮化碳薄膜的特性分析
• 2.4.1 薄膜的形貌分析
• 2.4.2 成分分析
• 2.4.3 价键分析
• 2.4.4 讨论
• 2.5 工艺参数对薄膜影响
• 2.5.1 气体流量比对沉积薄膜的影响
• 2.5.2 放电功率对沉积薄膜的影响
• 2.5.3 气体压强对薄膜的影响
• 2.6 氮化碳薄膜耐腐蚀性能测试
• 2.6.1 材料和方法
• 2.6.2 实验结果
• 2.7 本章小结
• 第三章 碳纳米管形核制备金刚石膜的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置、工艺参数方法及过程
• 3.2.1 实验装置、药品及工艺参数
• 3.2.2 灯丝预处理
• 3.2.3 基体预处理
• 3.2.4 操作过程
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 碳纳米管对金刚石膜的影响
• 3.3.2 碳源浓度对金刚石薄膜制备的影响
• 3.3.3 基体温度对金刚石膜制备的影响
• 3.4 CNT 形核制备金刚石膜机理的探讨
• 3.5 纳米金刚石管的研究
• 3.6 本章小结
• 论文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文