CH薄膜制备及等离子体放电气相沉积设备研制

摘要

氢化非晶碳(CH)薄膜具有良好的力学、电学和光学性能，在保护涂层，生物医学和光学材料等领域有着广泛的应用，美国已经将非晶碳薄膜材料作为国家21世纪的战略材料之一。本文介绍了非晶碳(CH)薄膜的研究发展，对其结构和性能作了详细的总结和分析。
　　 本研究中，紧密结合工程应用实际，在研究影响普通非晶CH薄膜性质的基础上，采用PLD漂浮法在最优参数下，成功制备了不同厚度(100～300nm)，满足一定力学强度，无明显宏观缺陷的自支撑非晶CH薄膜。此项研究在国内属于领先水平，期待自支撑非晶CH薄膜在高能量密度物理中得以应用，同时为制备自支撑非晶CH薄膜工艺技术提供一定的参考价值。
　　 另外，论文中介绍了自行研制的两套低压等离子体化学气相沉积设备的原理和发生装置，包括气路管道、衬底台、真空室密封性的设计等。并采用电感耦合低压等离子体增强化学气相沉积(LPPCVD)方法制备CH薄膜，研究了射频功率对薄膜的表面结构和性能的影响。利用AFM分析了薄膜的表面形貌，Raman光谱表明薄膜具有类金刚石结构，紫外-可见透射光谱结果表明，薄膜在可见光区域具有良好的透过率，在紫外波段范围内具有强吸收特性。
　　 由于氢化非晶碳薄膜的优异特性，我们相信在各国科研工作者的努力下，非晶CH薄膜在未来的不久能够实现大规模的工业应用。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 非晶碳薄膜的结构

1.2.1 非晶碳氢薄膜的价键结构

1.2.2 非晶碳氮薄膜的价键结构

1.3 非晶碳薄膜与金刚石薄膜相比的优点

1.4 非晶碳薄膜性能

1.4.1 非晶碳薄膜的力学性能

1.4.2 非晶碳薄膜的光学性能

1.4.3 非晶碳薄膜的电学性能

1.4.4 非晶碳薄膜的其他性能

1.5 非晶碳薄膜的应用

1.6 非晶碳薄膜的形成机理

1.7 非晶碳薄膜常用的制备方法

1.7.1 化学气相沉积法

1.7.2 物理气相沉积法

1.8 薄膜测试方法

1.8.1 原子力显微镜(AFM)

1.8.2 扫描电子显微镜(SEM)

1.8.3 傅里叶变换红外光谱(FTIR)

1.8.4 拉曼光谱(Raman)

1.8.5 紫外可见分光光度计(UV-VIS)

1.8.6 光学轮廓仪(Wyko)

1.9 非晶碳薄膜主要存在的问题

1.10 非晶碳薄膜的研究现状

1.10.1 非晶碳薄膜的掺杂

1.10.2 非晶碳多层薄膜

1.11 本课题的研究意义

1.12 本课题的研究来源

1.13 本课题的研究目的和内容

1.14 本研究的特色及创新之处

2 脉冲激光气相沉积法制备非晶CH薄膜

2.1 脉冲激光气相沉积

2.1.1 脉冲激光气相沉积原理

2.1.2 脉冲激光气相沉积技术与其他方法相比的优点

2.2 非晶CH薄膜PLD方法的制备

2.3 PLD方法制备非晶CH薄膜的性质

2.3.1 薄膜表面分析

2.3.2 薄膜拉曼光谱(Raman)分析

2.3.3 薄膜傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析

2.3.4 自支撑薄膜

2.4 本章小结

3 低压等离子体放电气相沉积设备的自行研制

3.1 真空部分

3.2 气路部分

3.2.1 气源和管道

3.2.2 质量流量控制器

3.3 样品台和石英窗口

3.3.1 衬底温度问题

3.3.2 衬底位置问题

3.3.3 石英窗口

3.4 供水系统

3.5 发生装置

3.5.1 等离子体

3.5.2 螺旋波等离子体发生装置

3.5.3 外置式电容耦合发生装置

3.6 本章小节

4 外置式电容耦合化学气相设备沉积非晶CH薄膜

4.1 不同射频功率下制备CH薄膜

4.1.1 射频功率对CH薄膜表面的影响

4.1.2 不同射频功率下CH薄膜Raman光谱

4.1.3 不同射频功率下的CH薄膜UV-VIS光谱

4.2 不同压强下制备CH薄膜

4.2.1 压强对薄膜表面形貌的影响

4.2.2 不同压强下CH薄膜Raman光谱

4.2.3 不同压强下的CH薄膜UV-VIS光谱

4.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果