超纳米金刚石膜的制备及Cu离子注入改进场发射性能研究

发布时间：2020-12-15 21:49

　　超纳米金刚石薄膜（Ultra-nanocrystalline Diamond,UNCD）具有极小的晶粒尺寸、极低的表面粗糙度、化学惰性以及高导电性和优异的场发射性能,在冷阴极场发射器以及其他真空微电子设备领域有着极大的应用潜力。采用MPCVD法进行超纳米金刚石薄膜的制备,沉积过程中,工艺参数的变化对薄膜微观结构的演变起着重要的作用。离子注入是一种能够有效改善金刚石薄膜电学性能的表面改性技术,退火处理后薄膜的电学性能进一步提升。本文首先制备了具有不同晶粒尺寸的自支撑金刚石膜（FSD）、微米金刚石膜（MCD）、纳米金刚石膜（NCD）作为对照样品,并与UNCD进行对比,分析晶粒尺寸及表面形貌对场发射性能的影响。其次,通过改变H2在反应气体中的浓度制备出不同参数条件下的UNCD薄膜。最后,采用能量为100 keV、1 × 1 017 ions/cm2的Cu离子注入方式对本征UNCD薄膜进行掺杂,并在Ar氛围中采用不同的退火方式进行退火处理,探究离子注入及退火过程对薄膜微结构及场发射性能的影响。使用多种测试手段对薄膜的微观形貌、结构特征、化学键结构等进行表征,并利用霍尔效应和场发射测试仪（EFE... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

金刚石的结构(左)

??原理??电子发射是重要的物理过程，在实际生活中有着诸多的应用。存在阻挡着固体中电子逸出的空间区域——势垒，材料中的电在材料内部而无法逸出，只有当电子获得足够高的能量越过势弱，才能实现固体的电子发射现象，而场致电子发射则属于后作用下金属表面势垒的变化曲线［３９］，从图中可以看出，当固体面势垒发生了变化，直接降低材料表面势垒的高度，并使宽度化趋势。从量子力学的角度进行分析，势垒在外场作用下变窄子波波长相差非常小时，即使在很低的温度以下（Ｔ＜ＯＫ），

图２－１?ＴＹＵＴ型ＭＰＣＶＤ装置（ａ）照片和（ｂ）反应腔结构示意图???（ａ）?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＴＹＵＴ－ＭＰＣＶＤ?ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅ过预处理的Ｎ型单面抛光的（１００）硅片作为基底，Ａｒ／ＣＨ４／Ｈ２作为反为８５０?Ｗ，温度以及制备时间分别为７５０°Ｃ和６?ｈ，通过调节冷却水的流。为研宄氢气的浓度对ＵＮＣＤ薄膜的微观结构以及场发射性能的影体流量和甲烷浓度不变，改变氩气与氢气的相对流量来制备出不同氢气ＮＣＤ薄膜。采用ＭＰＣＶＤ方法制备本征ＵＮＣＤ薄膜的具体工艺参数如表２－１利用ＭＰＣＶＤ制备ＵＮＣＤ薄膜的相关参数??ｌｅ?２－１?Ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｐｒｉｓｔｉｎｅ?ＵＮＣＤ?ｆｉｌｍ?ｂｙ?ＭＰＣＶＤ?ｍｅｔｈｏｄ??氢气?氩气?甲烷?氢气?温度?功率沉积浓度值（ｓｅｅｍ）?（ｓｅｅｍ）?（ｓｅｅｍ）?（°Ｃ）?（Ｗ）间（ｈ

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]金刚石涂层工具制备及其应用研究[D]. 马玉平.上海交通大学 2007

硕士论文
[1]Cu离子注入微米金刚石膜的场发射性能研究[D]. 祁婷.太原理工大学 2017
[2]金刚石厚膜在机械加工领域的应用[D]. 石晓林.吉林大学 2007



本文编号：2918957