高透明度金刚石薄膜及单晶的化学气相生长

发布时间：2017-08-23 21:40

  本文关键词：高透明度金刚石薄膜及单晶的化学气相生长

  更多相关文章： MPCVD 金刚石单晶 金刚石薄膜 高速率 高透射率

【摘要】：金刚石在自然界已知的材料中硬度、密度、声速、导热率和弹性模量,都是最高的。同时,金刚石还具有极低的热膨胀系数、极宽的带隙宽度以及良好可见光透射率。在高温下金刚石也不与普通的酸性物质发生化学反应,有良好的化学稳定性。金刚石众多的突出性质使得它在刀具、导热、窗口材料、大功率器件、微波器件等方面具有重要的应用价值,但高透明金刚石薄膜及外延单晶生长仍然存在很多问题需要解决。本文利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)合成金刚石。主要工作分为两部分,一是以高温高压合成的金刚石为籽晶,在其表面上同质外延生长出高透明度的金刚石单晶;二是在钼衬底上生长金刚石薄膜,通过调节参数获得高透明度的自支撑金刚石薄膜。金刚石单晶外延主要研究在较低温度下,不同的气体流量对单晶生长的影响。首先以CH4和H2为气源,分别研究功率、气压、温度对单晶金刚石生长的影响,得到优化的工艺参数。研究表明,在一定参数范围内单晶的生长速率随着功率、气压、温度的升高而升高。研究发现温度是影响单晶质量的重要因素,温度越低单晶质量越好,所以在低温条件下研究气体流量对单晶生长的影响。单晶的生长速率随着甲烷流量的升高而升高,流量过高时单晶金刚石发生石墨化。氧气可以有效刻蚀非金刚石相,在反应气源中加入氧气,单晶的生长速率随着氧气流量的升高而降低,且流量在0.1-0.5 sccm区间,流量越高单晶质量越好。按比例同时增加甲烷和氧气的流量,可使甲烷流量过高时石墨化的籽晶继续生长单晶金刚石。金刚石薄膜主要研究了温度、功率、氧气流量对其生长的影响。自支撑金刚石薄膜的生长速率随着温度、功率的升高而升高,随着氧气流量的升高而降低。在一定范围内,薄膜的可见光透射率随着温度的升高先增加后降低,随着功率、氧气流量的增加而增加。氧气流量1.0 sccm时薄膜的可见光透射率最高。
【关键词】：MPCVD 金刚石单晶 金刚石薄膜 高速率 高透射率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ163;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 金刚石的结构、性质及应用10-12
• 1.2.1 金刚石的结构10
• 1.2.2 金刚石的性质及应用10-12
• 1.3 CVD方法生长金刚石的原理12-14
• 1.4 CVD生长金刚石的方法14-16
• 1.4.1 热丝CVD法14-15
• 1.4.2 直流等离子体喷射CVD法15
• 1.4.3 微波等离子体CVD法15-16
• 1.5 CVD生长金刚石的研究16-20
• 1.6 论文选题及主要研究内容20-21
• 第2章 实验方法21-27
• 2.1 实验设备与材料21-23
• 2.1.1 实验设备21-22
• 2.1.2 实验材料22-23
• 2.2 金刚石单晶、薄膜的制备流程及主要材料表征方法23-27
• 2.2.1 金刚石单晶的制备23-24
• 2.2.2 金刚石薄膜的制备24-25
• 2.2.3 光学显微镜25
• 2.2.4 扫描电子显微镜25
• 2.2.5 拉曼光谱25-26
• 2.2.6 X射线衍射谱26
• 2.2.7 紫外-可见光谱26-27
• 第3章 金刚石单晶外延生长工艺及缺陷控制研究27-52
• 3.1 功率对单晶金刚石外延生长的影响27-31
• 3.2 气压对单晶金刚石外延生长的影响31-34
• 3.3 温度对单晶金刚石外延生长的影响34-38
• 3.4 CH_4流量对单晶金刚石外延生长的影响38-41
• 3.5 O_2流量对单晶金刚石外延生长的影响41-45
• 3.6 同比例增加CH_4和O_2流量对单晶金刚石外延生长的影响45-48
• 3.7 样品台直径对单晶金刚石外延生长的影响48-50
• 3.8 本章小结50-52
• 第4章 自支撑金刚石薄膜生长工艺及透光度研究52-66
• 4.1 温度对多晶金刚石薄膜生长的影响52-57
• 4.2 功率对多晶金刚石薄膜生长的影响57-61
• 4.3 O_2流量对多晶金刚石薄膜生长的影响61-65
• 4.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-75
• 致谢75

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本文编号：727504