热丝CVD法生长纳米金刚石膜及其生长机理研究

摘要

纳米金刚石膜不仅具有与常规微米金刚石膜接近或相同的性能，而且具有晶粒尺寸小、表面光洁度高、摩擦系数小、更好的场发射性能以及易于研磨抛光的优点，因而能弥补微米金刚石膜的不足，拓展金刚石膜的应用领域。而目前纳米金刚石膜的生长速率和生长质量都还有待提高，因此，研究高生长速率和高生长质量纳米金刚石膜的制备具有很重要的意义。
　　本文研究了利用热丝CVD法在H2/CH3COCH3体系和在Ar/H2/CH3COCH3体系中的生长工艺，并对热丝化学气相沉积金刚石膜进行了发射光谱诊断，分析研究其生长机理。在H2/CH3COCH3体系制备纳米金刚石膜的实验中，研究了碳源浓度及衬底温度对制备纳米金刚石膜的影响。在Ar/H2/CH3COCH3体系制备纳米金刚石膜的实验中，则主要研究了 Ar浓度、反应气压、碳源浓度及衬底温度对制备纳米金刚石膜的影响。在Ar/H2/CH3COCH3生长体系中，纳米金刚石膜的生长速率和生长质量均高于H2/CH3COCH3生长体系，这是因为Ar的引入有效地提高了体系中的等离子浓度，增加了二次形核率，有利于细化晶粒尺寸，加快生长速率。此外，对热丝化学气相沉积金刚石膜进行了发射光谱诊断，在Ar/H2/CH3COCH3生长体系中，CH、C2浓度比Ar/H2/CH4生长体系更高，且出现有利于刻蚀石墨相的含氧基团，Ar所获得的激发能量更高，谱线波长短，且在3.5kPa反应气压下CH基团的浓度最大。

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第1章 文献综述

1.1 引言

1.2 金刚石的结构及特点

1.3 纳米金刚石膜的定义

1.4 纳米金刚石膜的性能及应用

1.5 纳米金刚石膜的制备方法

1.6 纳米金刚石膜的研究进展

1.7 本工作的意义和主要研究内容

第2章 实验方法及表征手段

2.1 实验设备介绍

2.2 实验过程

2.3 合成参数对纳米金刚石膜形核和生长的影响

2.4 纳米金刚石膜的表征手段

第3章 H2/CH3COCH3体系制备纳米金刚石膜

3.1 碳源浓度对制备纳米金刚石膜的影响

3.2 衬底温度对制备纳米金刚石膜的影响

3.3 本章小结

第4章 Ar/H2/CH3COCH3体系制备纳米金刚石膜

4.1 Ar浓度对制备纳米金刚石膜的影响

4.2 反应气压对制备纳米金刚石膜的影响

4.3 碳源浓度对制备纳米金刚石膜的影响

4.4 衬底温度对制备纳米金刚石膜的影响

4.5 本章小结

第5章 HFCVD等离子体的光谱诊断

5.1 诊断系统介绍

5.2 光谱诊断分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢