MPCVD法制备光学级多晶金刚石膜及同质外延金刚石单晶

论文摘要

本文采用MPCVD (Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition)方法,在硅衬底上沉积多晶金刚石薄膜,通过优化生长条件,成功的制备了直径50 mm,红外透过率接近理论极限值的光学级多晶金刚石自支撑膜,系统研究了其生长规律及应力、杂质和光学特性。通过在生长气氛中添加少量氮气,实现了同质外延大尺寸CVD金刚石单晶的高速生长,生长速率达到了50μm/h以上,是传统方法生长多晶金刚石膜的10倍左右;研究了CVD金刚石单晶内部的氮分布。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 金刚石的结构特征、性质及应用
• 1.1.1 金刚石的晶体结构
• 1.1.2 金刚石的性质及应用
• 1.2 人工合成金刚石的历史
• 1.3 低压气相沉积金刚石的制备技术简介
• 1.3.1 热丝CVD 法
• 1.3.2 等离子体CVD 法
• 1.3.3 燃烧火焰CVD 法
• 1.4 CVD 金刚石的生长机理简介
• 1.5 论文的选题及主要研究内容
• 第二章 实验设备
• 2.1 MPCVD 装置
• 2.1.1 MPCVD 技术简介
• 2.1.2 本文采用的MPCVD 装置介绍
• 2.1.3 MPCVD 法制备金刚石膜的工艺
• 2.1.4 MPCVD 法制备大尺寸金刚石单晶的工艺
• 2.2 金刚石的表征技术
• 第三章 多晶金刚石膜的制备及其生长特性的研究
• 3.1 CVD 多晶金刚石膜的生长特性
• 3.1.1 碳源浓度对金刚石膜生长的影响
• 3.1.2 微波功率对金刚石膜生长的影响
• 3.1.3 氧气对金刚石膜生长的影响
• 3.2 金刚石膜内的应变研究
• 3.2.1 金刚石膜的内应变研究方法
• 3.2.2 硅基底上金刚石膜的宏观应变和微观应变随甲烷浓度的变化
• 3.3 金刚石膜表面的杂质键合研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 光学级多晶金刚石自支撑膜的光学透过性能研究
• 4.1 光学级自支撑膜研究进展
• 4.2 金刚石膜光透过率理论极限值的计算
• 4.3 光学级金刚石自支撑膜红外光透过率的研究
• 4.3.1 甲烷浓度为2%的条件下制备的金刚石自支撑膜的红外光透过率
• 4.3.2 甲烷浓度为4%的条件下制备的金刚石自支撑膜的红外光透过率
• 4.4 光学级金刚石自支撑膜紫外-可见光透过率研究
• 4.5 光学级金刚石自支撑膜的机械性能
• 4.6 本章小结
• 第五章 同质外延高速生长大尺寸CVD 金刚石单晶及其生长特性的研究
• 5.1 人工合成大尺寸单晶金刚石的研究进展
• 5.2 籽晶以及籽晶托的设计
• 5.3 CVD 单晶金刚石的同质外延高速生长
• 5.4 CVD 单晶金刚石表面形貌研究
• 5.5 CVD 单晶金刚石结晶性能
• 5.6 CVD 单晶金刚石内的氮分布的研究（PL）
• 5.6.1 CVD 单晶金刚石的PL 谱
• 5.6.2 CVD 单晶金刚石上表面以及内部的氮分布
• 5.7 本章小结
• 第六章 全文总结
• 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