氢、氧原子刻蚀CVD金刚石涂层石墨相的机理研究

发布时间：2025-02-23 19:35

　　 采用第一性原理分子模拟计算方法对氢、氧原子刻蚀石墨相的过程进行分子动力学仿真,分析了2种原子在石墨相上的吸附过程及刻蚀反应的反应热和反应能垒。结果表明:氧原子在石墨相表面的吸附能强于氢原子吸附能,同时氧原子的化学反应活性大于氢原子的,更容易在石墨结构表面发生电子转移反应;氢原子促使石墨相表面的C—C键断裂需要两步反应,而氧原子则只需要一步反应,氢原子刻蚀石墨相的反应能垒比氧原子的高,所需能量更多。同时,通入含氧气源可以有效降低CVD金刚石涂层的沉积温度,提高金刚石涂层的质量。

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【部分图文】：

图1 石墨相分子结构模型建模过程

石墨相分子结构建模过程如图1所示:首先建立石墨的单晶胞模型(优化后的晶格常数为0.246nm,与试验值0.246nm[10]相符);其次切取并建立2×2(001)面石墨相超晶胞模型,其沿着坐标轴方向的尺寸为0.492nm×0.492nm。为简化计算量,在本计算工作中采....

图2 石墨相分子结构模型

图1石墨相分子结构模型建模过程氢原子进行刻蚀时,第一步反应中游离的氢原子吸附到石墨表面并与表面的碳原子成键,同时不破坏任何C—C键;第二步反应中另一个氢原子吸附到同一个碳原子上形成二氢化物,同时C—C键断裂,石墨结构逐渐被刻蚀破坏。氧原子刻蚀时,游离氧原子吸附到石墨表面并与表面....

图3 氢原子刻蚀石墨相第一步反应

氢原子进行刻蚀时,第一步反应中游离的氢原子吸附到石墨表面并与表面的碳原子成键,同时不破坏任何C—C键;第二步反应中另一个氢原子吸附到同一个碳原子上形成二氢化物,同时C—C键断裂,石墨结构逐渐被刻蚀破坏。氧原子刻蚀时,游离氧原子吸附到石墨表面并与表面的碳原子成键,同时C—C键断裂,....

图4 氢原子刻蚀石墨相第二步反应

图3氢原子刻蚀石墨相第一步反应图5氧原子刻蚀石墨相第一步反应

本文编号：4034320