激光化学气相沉积法制备立方碳化硅—石墨烯薄膜
发布时间：2021-12-17 19:49
立方碳化硅（3C-SiC）具有高电子迁移率、高导热率、宽禁带、耐高温、耐腐蚀及合成温度低等优异性能;石墨烯具有超高载流子迁移率及超高力学强度等奇特性能。本研究采用激光化学气相沉积法（LCVD）制备3C-SiC-石墨烯薄膜。LCVD是将大功率、超高斯、连续激光引入到传统冷壁CVD,薄膜生长过程中激光光斑直接照射基板表面:同时为前驱体反应与薄膜生长提供光激发与热激发,大幅提高薄膜生长速率并控制薄膜成分与结构。首先,采用LCVD工艺,以单晶Si为基板,研究了工艺流程、前驱体流量、沉积温度和沉积压强对3C-SiC薄膜显微结构和电化学性能的影响。本研究在未使用金属催化剂的条件下,通过CVD工艺制备了晶须状表面形貌<111>-3C-SiC多孔薄膜,晶须尖端朝上,长度为300 nm,直径为50 nm,密度达1.3×108个/cm2。本研究制备3C-SiC多孔薄膜工艺简单、成本低,薄膜比电容可达4.80mF/cm2,高于文献报道同类材料比电容。采用LCVD工艺,以单晶Si（111）...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
C-SiC晶胞原子排布图
2图1-2SiC文献报道SiC薄膜显微结构图。（a）采用Si为基板，以SiHx和CHx为前驱体，生长的SiC纳米棒[1]；（b）以Si为基板，结合磁控溅射与刻蚀工艺，生长的锥形SiC阵列[2]；（c）以碳布为基板，预先沉积金属Ni为催化剂，通过CVD工艺生长的SiC晶须[3]；（d）通过阳极氧化刻蚀单晶4H-SiC表面，形成多孔结构[4]Fig.1-2ThemicrographofSiCfilmseverreported.(a)The3C-SiCnanothbesdepositedonSisubstrateusingSiHxandCHxasprecursors.[1]；(b)The3C-SiCarraygrownonSisubstratebymagnetronsputteringandetchingtechniques[2];(c)The3C-SiCfiberspreparedbyCVDoncarbonfabricusingNiascatalyzer[3];(d)The4H-SiCnanochannelarraysfabricatedviaelectrochemicalanodicoxidationtechniquefrom4H-SiCwafers[4].表1-2材料的临界位移能Table1-2Thecriticaldisplacementenergyofmaterials材料CSiCSiGaAsInPGe临界位移能/eV3521.812.89.27.714.4
4晶型，因而3C-SiC薄膜在半导体微电子机械系统(MEMS)等领域已被广泛应用。CVD工艺制备3C-SiC薄膜，通过调节沉积工艺，易实现薄膜显微结构和组成可控，还使得3C-SiC薄膜在场发射显示、超疏水、催化剂载体和超级电容器等领域具有重要应用前景。1.1.1.23C-SiC薄膜的应用1）场发射显示器场发射显示器（Fieldemissiondisplay，FED）发光原理：发射与接收电极中间的真空带中导入高电压以产生电场，电场刺激阴极产生电子撞击阳极电极上萤光粉，产生发光效应（图1-3）。此种发光原理与阴极射线管（CRT）类似，均在真空中让电子撞击萤光粉发光，其不同之处在于CRT由单一的电子枪发射电子束，透过偏向轨（DeflationYoke）来控制电子束发射扫瞄的方向，而FED显示器拥有数十万个主动冷发射子，因此在构造上FED可以达到比CRT节省空间的效果。其次在于电压部分，CRT大约需要15~30KV左右的工作电压，而FED的阴极电压可小于1KV。较之于常见液晶显示器（LCD），FED电视更轻雹耗电量更低，因此积极发展独有的FED显示技术，可应用于大尺寸薄型电视。研究表明SiC晶须（图1-2a、1-2b）具有较高场发射电流密度，并且SiC耐高温、化学稳定高，作为场发射电极材料，可提高器件稳定性与使用寿命。图1-3场发射原理图Fig.1-3Fieldemissionmechanism2）光电器件因SiC优异半导体特性，SiC是制备蓝光发光二极管和量子阱激光器的
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC衬底上石墨烯的性质、改性及应用研究[J]. 方楠,刘风,刘小瑞,廖瑞娴,缪灵,江建军. 化学学报. 2012(21)
[2]碳化硅纳米晶须的研究进展[J]. 戴长虹,赵茹,孟永强. 中国陶瓷. 2003(01)
[3]SiC抗辐照特性的分析[J]. 尚也淳,张义门,张玉明. 西安电子科技大学学报. 1999(06)
本文编号：3540820
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
C-SiC晶胞原子排布图
2图1-2SiC文献报道SiC薄膜显微结构图。（a）采用Si为基板，以SiHx和CHx为前驱体，生长的SiC纳米棒[1]；（b）以Si为基板，结合磁控溅射与刻蚀工艺，生长的锥形SiC阵列[2]；（c）以碳布为基板，预先沉积金属Ni为催化剂，通过CVD工艺生长的SiC晶须[3]；（d）通过阳极氧化刻蚀单晶4H-SiC表面，形成多孔结构[4]Fig.1-2ThemicrographofSiCfilmseverreported.(a)The3C-SiCnanothbesdepositedonSisubstrateusingSiHxandCHxasprecursors.[1]；(b)The3C-SiCarraygrownonSisubstratebymagnetronsputteringandetchingtechniques[2];(c)The3C-SiCfiberspreparedbyCVDoncarbonfabricusingNiascatalyzer[3];(d)The4H-SiCnanochannelarraysfabricatedviaelectrochemicalanodicoxidationtechniquefrom4H-SiCwafers[4].表1-2材料的临界位移能Table1-2Thecriticaldisplacementenergyofmaterials材料CSiCSiGaAsInPGe临界位移能/eV3521.812.89.27.714.4
4晶型，因而3C-SiC薄膜在半导体微电子机械系统(MEMS)等领域已被广泛应用。CVD工艺制备3C-SiC薄膜，通过调节沉积工艺，易实现薄膜显微结构和组成可控，还使得3C-SiC薄膜在场发射显示、超疏水、催化剂载体和超级电容器等领域具有重要应用前景。1.1.1.23C-SiC薄膜的应用1）场发射显示器场发射显示器（Fieldemissiondisplay，FED）发光原理：发射与接收电极中间的真空带中导入高电压以产生电场，电场刺激阴极产生电子撞击阳极电极上萤光粉，产生发光效应（图1-3）。此种发光原理与阴极射线管（CRT）类似，均在真空中让电子撞击萤光粉发光，其不同之处在于CRT由单一的电子枪发射电子束，透过偏向轨（DeflationYoke）来控制电子束发射扫瞄的方向，而FED显示器拥有数十万个主动冷发射子，因此在构造上FED可以达到比CRT节省空间的效果。其次在于电压部分，CRT大约需要15~30KV左右的工作电压，而FED的阴极电压可小于1KV。较之于常见液晶显示器（LCD），FED电视更轻雹耗电量更低，因此积极发展独有的FED显示技术，可应用于大尺寸薄型电视。研究表明SiC晶须（图1-2a、1-2b）具有较高场发射电流密度，并且SiC耐高温、化学稳定高，作为场发射电极材料，可提高器件稳定性与使用寿命。图1-3场发射原理图Fig.1-3Fieldemissionmechanism2）光电器件因SiC优异半导体特性，SiC是制备蓝光发光二极管和量子阱激光器的
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC衬底上石墨烯的性质、改性及应用研究[J]. 方楠,刘风,刘小瑞,廖瑞娴,缪灵,江建军. 化学学报. 2012(21)
[2]碳化硅纳米晶须的研究进展[J]. 戴长虹,赵茹,孟永强. 中国陶瓷. 2003(01)
[3]SiC抗辐照特性的分析[J]. 尚也淳,张义门,张玉明. 西安电子科技大学学报. 1999(06)
本文编号：3540820
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