论文题目: CVD金刚石薄膜的制备及其特性和器件化研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 骆金龙
导师: 陈良尧,应萱同
关键词: 热灯丝化学气相合成,金刚石薄膜,原位测量,光窗口,纳米晶,微晶金刚石多层膜
文献来源: 复旦大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文介绍了金刚石薄膜的热灯丝化学气相合成(HFCVD)及其性质和器件化应用研究。 CVD金刚石薄膜是上世纪八十年代兴起的材料研究热点之一。它具有一系列优异的性质:极高的硬度和杨氏模量、良好的热导率、宽广的禁带宽度、较高的电子和空穴迁移率、表面负电子亲和势、抗高辐射、化学性质稳定以及安全无毒,等等。因此,它在光学窗口、切削工具和磁盘涂层、热交换(热沉和散热)、高速高温大功率半导体器件和冷阴极场发射平板显示器等领域获得了广泛的应用研究。 化学气相合成金刚石薄膜的技术包括热灯丝辅助化学气相合成(HFCVD)、微波等离子体辅助化学气相合成(MPCVD)、射频等离子体辅助化学气相合成(RF-PCVD)、直流等离子体辅助化学气相合成(DC-PCVD)、电子回旋加速谐振微波辅助化学气相合成(ECR-MP-CVD),以及燃烧火焰辅助化学气相合成(CF-PCVD)等。其中,热灯丝辅助化学气相合成(HFCVD)和微波等离子体辅助化学气相合成(MPCVD)方法由于其制备的薄膜质量较好,装置价格相对便宜,所以通常采用它们制备应用金刚石薄膜。与微波等离子体辅助化学气相合成方法相比,热灯丝辅助化学气相合成方法更适合薄膜的大面积沉积,制备的薄膜直径高达30 cm。 合成高质量的金刚石薄膜取决于对成膜机理的认识以及采用优化的生长工艺。为此,我们采用原位激光反射率测量方法,实时研究了薄膜的生长过程和确定了它的光学性质。研究的结果应用于高质量金刚石薄膜的工艺优化。制备的厚度为0.4 mm的无依托超薄X光窗口在在碳元素的k α特征峰(E=284 eV)附近的透射率高达59%,达到国际先进水平。 与传统的高质量多晶金刚石薄膜相比较,纳米金刚石薄膜表面更加光滑,表面粗糙度低达几个纳米。因此,它具有更小的光散射,更适用于光学窗口。但是,它的纯度受制备方法的局限相对较低。为了获得良好的光学透射性,既需要保持SP~3碳键的高含量,又要降低它的表面粗糙度。虽然多种抛光技术可以使它的表面更加光滑,但却昂贵与费时。因此,本论文研制了纳米晶/微晶金刚石多层膜。一系列表征测试结果表明,研制的多层膜不仅具有较高的SP~3碳键含量,而且表面光滑,表面粗糙度达到7 nm。在可见到红外光波段,它都具有更好的光学透射率,展现了良好的光学应用前景。
论文目录:
第一章 序言
1．1 金刚石的结构
1．2 CVD金刚石的性质
1．3 CVD金刚石的应用
1．4 本文的主要内容和结构
第二章 CVD金刚石的成膜机理和制备方法
2．1 引言
2．2 成膜机理
2．2 1 SP~3杂化轨道与金刚石结构
2．2．2 SP~2杂化轨道与石墨结构
2．2．3 金刚石薄膜的合成机理及其讨论
2．3 制备方法
2．3．1 热灯丝辅助CVD
2．3．2 微波等离子体辅助CVD
2．3．3 射频等离子体辅助CVD
2．3．4 直流等离子体辅助CVD
2．3．5 电子回旋加速谐振微波辅助CVD
2．3．6 燃烧火焰辅助CVD
2．4 小结
第三章 CVD金刚石薄膜的表征方法
3．1 拉曼光谱
3．2 X射线衍射光谱
3．3 扫描电子显微镜照片
3．4 表面粗糙度测量
3．5 微观力学测量
3．5．1 微压痕实验
3．5．2 微划痕实验
3．6 原位测量方法
3．6．1 概述
3．6．2 原位激光反射多光束干涉
3．7 讨论
第四章 CVD金刚石薄膜的实时生长研究
4．1 原位反射率的测量
4．2 金刚石薄膜生长表面的反射率数学物理模型
4．3 薄膜光学性质的确定
4．4 讨论
4．4．1 原位反射率和薄膜生长过程的关系
4．4．2 拟合数据的可靠性
4．4．2．1 关于表面粗糙度的假设
4．4．2．2 关于吸收系数的假定
4．4．2．3 关于拟合数据的可靠性实验验证
4．4．3 小结
第五章 新一代无依托超薄金刚石X光窗口的研制
5．1 引言
5．1．1 研究的意义
5．1．2 国内外研制状况
5．1．3 研制的重点和难点
5．2 金刚石 X光窗口的制备
5．2．1 高质量的致密光学镜面级金刚石薄膜的制备
5．2．2 无依托超薄金刚石 X光窗口的制备
5．2．3 金刚石 X光窗口的拟合光学参数
5．2．4 金刚石 X光窗口的透射率测量
5．3 小结
第六章 CVD纳米晶/微晶金刚石多层膜的研制
6．1 概述
6．1．1 纳米金刚石的优良性质
6．1．2 纳米金刚石的制备方法
6．1．3 纳米金刚石的表征方法研究
6．1．3．1 Raman光谱分析
6．1．3．2 XRD研究
6．1．3．3 SEM和AFM/α-step研究
6．1．3．4 光学透射性研究
6．1．4 纳米金刚石的应用
6．2 纳米晶/微晶金刚石多层膜的研制
6．2．1 纳米晶/微晶金刚石多层膜的研制背景
6．2．2 纳米晶/微晶金刚石多层膜的制备
6．2．3 纳米晶/微晶金刚石多层膜的表征
6．2．3．1 纳米晶/微晶金刚石多层膜的Raman光谱分析
6．2．3．2 纳米晶/微晶金刚石多层膜的XRD研究
6．2．3．3 纳米晶/微晶金刚石多层膜的SEM照片
6．2．3．4 纳米晶/微晶金刚石多层膜的光学透射性测量
6．3 小结
第七章 总结
全文参考文献一览
己发表(包括已接受)的学术论文、会议报告和专利申请
致谢
论文独创性声明
论文使用授权声明
发布时间: 2005-09-19
参考文献
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- [2].无铅无卤素FCBGA封装产品的湿气控制和纳米金刚石薄膜的热学性能研究[D]. 戴雯琦.上海大学2012
- [3].金刚石薄膜制备及其在改善电力电子器件热特性方面的研究[D]. 张志勇.西安理工大学2002
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- [3].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[D]. 李明吉.吉林大学2006
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