金纳米颗粒/金刚石复合结构的制备与光学性质研究
发布时间：2021-04-09 22:43
金刚石是最重要的宽禁带半导体材料之一，同时具有多种光、热、电、磁等多种优异特性，应用价值十分巨大。近年来，除了高质量金刚石体材料的生长特性及应用的研究取得重大进展之外，金刚石的微纳结构化和金刚石色心的研究正成为金刚石领域的前沿和热点研究课题。金刚石的纳微结构化可以提升自身多种优异特性，并获得与尺寸及结构相关的新性质。金刚石中的色心具有单色性高、稳定性好、可室温操作等优势，可满足单光子量子信息处理等应用的需求。迄今为止，在金刚石中发现的500多种色心发光特性研究中，涉及氮空位（N-V）和硅空位（Si-V）色心的最多。为了进一步提高各色心的辐射量子产率和发光强度，人们将各种纳米结构与金刚石色心发光相结合，基于表面等离激元共振耦合，在理论和实验上都取得了重要进展，极大地拓展了金刚石的基础与应用研究领域。本文利用氧等离子体刻蚀覆金单晶金刚石单晶，制备了一种新型金刚石基的复合结构，即金纳米颗粒（Au nanoparticle， Au-NP）/金刚石纳米坑（diamond-nanopit）的Au-NP/diamond-nanopit。深入研究了该复合结构的制备过程及形成机制，基于该结构实现了对Si...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金刚石原子结构和晶胞
.2蜂窝状金刚石纳米孔（nanoporous honeycomb）Masuda 和 Fujishima 等人在 2000 年采用射频等离子体刻蚀机产生的氧，以多孔 Al2O3作为模板，在抛光的本征及硼掺杂 CVD 金刚石多晶膜蜂窝状纳米孔结构（图 1.3a）[19]。图 1.3b 为该结构的剖面图，其中，径大小由模板的孔径决定，孔洞的深度可以通过刻蚀时间进行控制。的引入，使得硼掺杂金刚石薄膜的表面积增大。研究组开展了该结构方面的应用研究[20-22]，实验表明（图 1.3c），该结构与未刻蚀的硼掺杂金相比拥有更高的电容值，双电层电容提高了~400 倍）[20]和更强的贮存（可存储的能量密度达 76.5 Jg-1，优于普通活性碳电极），及更优异的能[21]，并且在有机电解质中具有高的孔阻抗[22]。如果基底为硅片上生长膜，最后可以通过腐蚀掉硅片从而形成贯通的孔洞[23]。
在金刚石上进行三维结构的微加工是一个技术上的挑战ivero 等人首次在高温高压（HTHP）Ib 型单晶金刚石上制备了脊，如图 1.4a 所示。首先，对基底进行离子注入，然后热退火，从深度处形成掩埋层。之后，使用聚焦离子束（FIB）图案铣削，使区域暴露，与化学试剂反应刻蚀掉，随后进行剥离。最后进行第去除制备过程中产生的残存损伤。该结构可用作波导元件，原理 所示。结果发现，同金刚石块状晶体用作波导元件相比（图 1.4于沿着结构传播模的干涉而在其输出镜中出现多模强度模式（图波导行为奠定了良好的基础。但由于使用 FIB，波导的长度限制在2008 年，Hiscocks 等人[25]进行了实验设计的改进，用光刻和反应）取代了 FIB 处理技术，制备了长达 2.7 mm 的脊形波导结构（图金刚石上大规模生产波导和集成微米光器件成为可能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子光源综述[J]. 张晓峰,朱俊,曾贵华. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2011(02)
[2]微波等离子体化学气相沉积金刚石膜装置的研究进展[J]. 黄建良,汪建华,满卫东. 真空与低温. 2008(01)
[3]金刚石颜色成因探讨[J]. 殷小玲. 超硬材料工程. 2007(02)
[4]金刚石膜的性质、应用及国内外研究现状[J]. 顾长志,金曾孙. 功能材料. 1997(03)
[5]金刚石的宝石学特征及改色研究[J]. 何雪梅,吴国忠,余晓艳. 矿床地质. 1996(S2)
[6]金刚石薄膜的导热性质研究[J]. 顾毓沁,余立新,朱德忠. 中国科学E辑:技术科学. 1996(02)
博士论文
[1]CVD金刚石单晶生长及金刚石晶体管的研究[D]. 成绍恒.吉林大学 2012
硕士论文
[1]硼和氮掺杂CVD金刚石膜的生长及特性研究[D]. 卢冬.吉林大学 2010
[2]基于触媒原理的CVD金刚石薄膜抛光[D]. 徐振浩.浙江工业大学 2010
本文编号：3128436
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金刚石原子结构和晶胞
.2蜂窝状金刚石纳米孔（nanoporous honeycomb）Masuda 和 Fujishima 等人在 2000 年采用射频等离子体刻蚀机产生的氧，以多孔 Al2O3作为模板，在抛光的本征及硼掺杂 CVD 金刚石多晶膜蜂窝状纳米孔结构（图 1.3a）[19]。图 1.3b 为该结构的剖面图，其中，径大小由模板的孔径决定，孔洞的深度可以通过刻蚀时间进行控制。的引入，使得硼掺杂金刚石薄膜的表面积增大。研究组开展了该结构方面的应用研究[20-22]，实验表明（图 1.3c），该结构与未刻蚀的硼掺杂金相比拥有更高的电容值，双电层电容提高了~400 倍）[20]和更强的贮存（可存储的能量密度达 76.5 Jg-1，优于普通活性碳电极），及更优异的能[21]，并且在有机电解质中具有高的孔阻抗[22]。如果基底为硅片上生长膜，最后可以通过腐蚀掉硅片从而形成贯通的孔洞[23]。
在金刚石上进行三维结构的微加工是一个技术上的挑战ivero 等人首次在高温高压（HTHP）Ib 型单晶金刚石上制备了脊，如图 1.4a 所示。首先，对基底进行离子注入，然后热退火，从深度处形成掩埋层。之后，使用聚焦离子束（FIB）图案铣削，使区域暴露，与化学试剂反应刻蚀掉，随后进行剥离。最后进行第去除制备过程中产生的残存损伤。该结构可用作波导元件，原理 所示。结果发现，同金刚石块状晶体用作波导元件相比（图 1.4于沿着结构传播模的干涉而在其输出镜中出现多模强度模式（图波导行为奠定了良好的基础。但由于使用 FIB，波导的长度限制在2008 年，Hiscocks 等人[25]进行了实验设计的改进，用光刻和反应）取代了 FIB 处理技术，制备了长达 2.7 mm 的脊形波导结构（图金刚石上大规模生产波导和集成微米光器件成为可能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子光源综述[J]. 张晓峰,朱俊,曾贵华. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2011(02)
[2]微波等离子体化学气相沉积金刚石膜装置的研究进展[J]. 黄建良,汪建华,满卫东. 真空与低温. 2008(01)
[3]金刚石颜色成因探讨[J]. 殷小玲. 超硬材料工程. 2007(02)
[4]金刚石膜的性质、应用及国内外研究现状[J]. 顾长志,金曾孙. 功能材料. 1997(03)
[5]金刚石的宝石学特征及改色研究[J]. 何雪梅,吴国忠,余晓艳. 矿床地质. 1996(S2)
[6]金刚石薄膜的导热性质研究[J]. 顾毓沁,余立新,朱德忠. 中国科学E辑:技术科学. 1996(02)
博士论文
[1]CVD金刚石单晶生长及金刚石晶体管的研究[D]. 成绍恒.吉林大学 2012
硕士论文
[1]硼和氮掺杂CVD金刚石膜的生长及特性研究[D]. 卢冬.吉林大学 2010
[2]基于触媒原理的CVD金刚石薄膜抛光[D]. 徐振浩.浙江工业大学 2010
本文编号：3128436
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