纳米金刚石真空窗口的制备

发布时间：2022-07-22 20:11

　　为了满足科技应用对高质量纳米金刚石真空窗口的需求,本文采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）方法,以乙醇/H₂/Ar混合气体为气源进行了高质量纳米金刚石膜的制备和研究。探究了自支撑真空窗口的制备方法并摸索金刚石框架与因瓦合金的焊接工艺。研究内容包含以下几个方面:（1）乙醇和氩气对纳米金刚石膜制备的影响。结果表明:随着乙醇浓度的增加,等离子体中的C₂、H_β、H_α的谱线强度均呈现上升的趋势,CH、OH基团的谱峰强度先增加后降低,这是等离子体电子温度下降的结果。氩气能够促进乙醇的离解,等离子体内各基团的谱线强度随氩气浓度增加而增强。I（C₂）/I（H_α）、I（C₂）/I（CH）随乙醇浓度和氩气浓度的提高而上升,C₂浓度的相对升高造成金刚石膜二次率的增加,导致金刚石晶粒尺寸随氩气和乙醇浓度的增加而降低,转为纳米尺寸,但成膜质量却发生下降。乙醇的通过影响等离子体中的含碳基团比例来提高纳米金刚石膜的生长速率。（2）衬底温... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 天然金刚石的结构、性质和应用
    1.2 人造金刚石的制备
        1.2.1 热丝化学气相沉积(HFCVD)
        1.2.2 直流电弧等离子体喷涂化学气相沉积(DC arc plasma jet CVD)
        1.2.3 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)
    1.3 CVD纳米金刚石的制备原理
        1.3.1 纳米金刚石的形核
        1.3.2 纳米金刚石膜的生长
    1.4 纳米金刚石真空窗口的制备
        1.4.1 纳米金刚石真空窗口的应用与发展
        1.4.2 纳米金刚石真空窗口的结构
    1.5 本课题的研究目的和意义
第2章 实验装置与表征方法
    2.1 微波等离子体化学沉积实验装置
    2.2 等离子体发射光谱诊断装置(OES)
    2.3 真空高频感应焊接装置
    2.4 表征方法
        2.4.1 拉曼光谱(Raman)
        2.4.2 原子力显微镜(AFM)
        2.4.3 X射线衍射(XRD)
第3章 MPCVD沉积纳米金刚石膜的研究
    3.1 乙醇/氩气氢气等离子体发射光谱分析
        3.1.1 乙醇浓度对等离子体中基团的影响
        3.1.2 氩气对等离子体中基团的影响
    3.2 乙醇浓度对纳米金刚石膜的影响
        3.2.1 乙醇浓度对金刚石膜表面形貌的影响
        3.2.2 乙醇浓度对金刚石膜质量的影响
        3.2.3 乙醇浓度对金刚石膜生长模式的影响
    3.3 氩气浓度对纳米金刚石膜的影响
        3.3.1 氩气浓度对金刚石表面形貌的影响
        3.3.2 氩气浓度对金刚石晶面取向的影响
        3.3.3 氩气浓度对金刚石质量的影响
    3.4 衬底温度对纳米金刚石膜的影响
        3.4.1 衬底温度对金刚石晶粒尺寸的影响
        3.4.2 衬底温度对金刚石质量、应力的影响
    3.5 本章小结
第4章 金刚石真空窗口的制备与焊接工艺的研究
    4.1 引言
    4.2 纳米金刚石自支撑窗口的制备
        4.2.1 一种利用掩膜法制备金刚石真空窗口自支撑框架的方法
        4.2.2 一种图形化制备金刚石真空窗口自支撑框架的方法
        4.2.3 金刚石框架沉积工艺参数的研究
        4.2.4 纳米金刚石真空窗口表面大分子物质的清除
    4.3 纳米金刚石真空窗口的性质
        4.3.1 纳米金刚石真空窗口漏气率的分析
        4.3.2 纳米金刚石真空窗口透光率的分析
    4.4 纳米金刚石真空窗口的焊接
        4.4.1 焊接的温度曲线
        4.4.2 石墨模具的设计
        4.4.3 金刚石真空窗口焊接流程设计
        4.4.4 焊接结果测试与分析
    4.5 本章小节
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]MPCVD金刚石膜沉积技术及金刚石膜材料在微波电真空器件中的应用[J]. 唐伟忠,丁明清,李莉,冯进军.  真空电子技术. 2014(05)
[2]对回流焊炉温度设定的分析与优化[J]. 李岩,赵立博,张伟,邱兆义.  船电技术. 2010(07)
[3]高导热金刚石/铝和金刚石/铜复合散热材料的研究进展[J]. 黄帅,彭放,寇自力.  金刚石与磨料磨具工程. 2009(03)
[4]Ag-Cu-Ti钎焊金刚石的界面结构及热应力分析[J]. 卢金斌,徐九华.  稀有金属材料与工程. 2009(04)
[5]等离子体电子温度的发射光谱法诊断[J]. 吴蓉,李燕,朱顺官,冯红艳,张琳,王俊德.  光谱学与光谱分析. 2008(04)
[6]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)
[7]光学级透明金刚石膜的性质[J]. 赵利军,韩柏,李博,胡小颖.  吉林大学学报(理学版). 2008(01)
[8]热丝CVD法制备大面积金刚石厚膜[J]. 熊军,汪建华,王传新,邢文娟,谢鹏,皮华滨,吴斌.  武汉工程大学学报. 2008(01)
[9]直流等离子体喷射CVD技术制备自支撑金刚石膜的新结构和新形貌（英文）[J]. 陈广超,兰昊,李彬,戴风伟,薛前进,J.C.Askari,宋建华,黑立富,李成名,吕反修.  人工晶体学报. 2007(05)
[10]纳米金刚石薄膜的光学性能研究[J]. 蒋丽雯,王林军,刘健敏,阮建锋,苏青峰,崔江涛,吴南春,史伟民,夏义本.  红外与毫米波学报. 2006(03)



本文编号：3665264