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基于PCVD法间歇生长模式下纳米金刚石膜的制备研究

作　者: 姜宏伟
导　师: 彭鸿雁
学　校: 牡丹江师范学院
专　业: 凝聚态物理
关键词: 直流热阴极 PCVD 纳米金刚石膜 间歇法
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 55次
引　用: 4次
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内容摘要


围绕纳米金刚石膜生长的二次形核理论,我们提出了人工干预诱导二次形核的技术方案,设计出一种通过调解激励电压来改变等离子体激励状态的间歇生长模式。本文利用直流热阴极PCVD技术,通过微晶金刚石膜传统的连续生长模式生长实验与间歇生长模式实验的对比,研究了人工干预诱导二次形核的机理;并研究了生长和间歇周期、反应压强、温度、缓冲气体及甲烷浓度等参数在直流热阴极PCVD方法间歇生长模式条件下对制备纳米金刚石膜的影响。研究工作表明,人工干预二次形核由两种因素共同作用导致。工作气压或生长温度的降低,使等离子体激励能量减弱,导致二次形核基团比例增加,成为人工干预二次形核的内在诱因;激励电压的人工调节,导致等离子体能量状况的改变,有利于二次形核行为的引导,同时也会部分增加二次形核基团,成为人工干预二次形核的外在诱因。人工干预的方法,在微晶金刚石膜连续生长模式常用的一些生长条件下,都可以实现二次形核现象的有效诱导,制备出纳米金刚石膜。通过对相关生长参数的研究,形成了直流热阴极PCVD方法间歇生长模式制备纳米金刚石膜的工艺条件: CH4:H2=(3-5):200 SCCM温度:650-700℃气压:6 kPa(或10 kPa)辅助气体:Ar=20 SCCM(或N2=0.5 SCCM)沉积周期:20-30 min间歇周期:<10 min人工干预二次形核的提出和间歇生长模式的实验,探索出了制备纳米金刚石膜的新的工艺方法,拓展了直流热阴极PCVD技术的应用范围。

全文目录


中文摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 引言  9-14
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 研究的目的和意义  11-12
  1.3 主要研究内容  12-14
第2章 金刚石及 CVD 金刚石膜综述  14-40
  2.1 金刚石的晶体结构和主要性质  14-24
    2.1.1 金刚石的晶体结构  14-18
    2.1.2 金刚石的主要性质  18-19
    2.1.3 纳米金刚石薄膜的性能  19-20
    2.1.4 纳米金刚石薄膜的研究现状  20-22
    2.1.5 纳米金刚石薄膜的发展趋势和应用前景  22-24
  2.2 CVD 金刚石膜的形核与生长理论  24-36
    2.2.1 低压气相合成金刚石的基本过程  24-28
    2.2.2 低压下气相生长金刚石薄膜的理论模型  28-34
    2.2.3 纳米金刚石膜的C2 基团生长模型理论  34-36
  2.3 CVD 金刚石膜的制备方法  36-40
    2.3.1 CVD 金刚石膜制备的常规工艺条件  36-37
    2.3.2 CVD 金刚石膜的制备方法  37-40
第3章 气体放电理论、实验设备、实验和测试方法  40-54
  3.1 直流热阴极等离子体放电理论与直流热阴极PCVD 装置  40-49
    3.1.1 直流辉光放电理论  40-44
    3.1.2 直流热阴极PCVD 装置  44-45
    3.1.3 直流热阴极PCVD 装置主要放电参数的变化规律  45-49
  3.2 实验方法  49-54
    3.2.1 直流热阴极PCVD 方法间歇式生长模式  49-50
    3.2.2 直流热阴极PCVD 法间歇生长模式的生长参数及工艺  50-51
    3.2.3 测试方法  51-54
第4章 人工干预诱导二次形核的机理分析  54-65
  4.1 引言  54-56
  4.2 实验与结果  56-59
  4.3 分析与讨论  59-65
第5章 间歇生长模式制备纳米金刚石膜研究  65-100
  5.1 生长和间歇周期对间歇生长模式制备纳米金刚石膜的影响  65-76
    5.1.1 实验方法  65-66
    5.1.2 实验结果与分析  66-76
  5.2 反应压强对间歇生长模式制备纳米金刚石膜的影响  76-79
    5.2.1 实验方法  76
    5.2.2 实验结果与分析  76-79
  5.3 温度对间歇生长模式制备纳米金刚石膜的影响  79-82
    5.3.1 实验方法  79
    5.3.2 实验结果与分析  79-82
  5.4 氩气含量对间歇生长模式制备纳米金刚石膜的影响  82-87
    5.4.1 实验方法  83
    5.4.2 实验结果与分析  83-87
  5.5 氮气含量对间歇生长模式制备纳米金刚石膜的影响  87-92
    5.5.1 实验方法  87
    5.5.2 实验结果与分析  87-92
  5.6 甲烷浓度对间歇生长模式制备纳米金刚石膜的影响  92-98
    5.6.1 实验方法  92-93
    5.6.2 实验结果与分析  93-98
  5.7 本章小结  98-100
结论  100-102
参考文献  102-109
攻读硕士学位期间发表的学术论文  109-110
致谢  110

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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