纯铁触媒体系合成宝石级金刚石单晶的研究

发布时间：2022-07-13 19:36

　　金刚石作为一种应用十分广泛的极限功能性超硬材料,聚集如此多的优异性能例如耐强酸碱、抗辐射,以及它的最大的硬度和热导率等让人们目前为止还无法找到一种能代替的材料。其中Ⅱa型金刚石内部不含硼氮及其他金属等杂质,结晶度高,缺陷密度低等特性让其在基于金刚石的功率器件中表现出及其稳定的高性能。因此高纯Ⅱa型金刚石被认为是一种非常有潜力的无缺陷衬底。另外,高纯金刚石在量子领域、高精度传感器、高分辨率成像技术等尖端领域也具有重要应用,是目前金刚石大单晶研究领域的国际热点问题。而又由于金刚石的诸多性能的特殊性,让金刚石的寸尺成为金刚石能否产生实际应用的关键因素。当今,制备高纯金刚石大单晶的方法主要有化学气相沉积（CVD）法和高温高压（HPHT）法,但是两种高纯金刚石合成方法仍存在许多技术问题。例如,CVD金刚石大单晶中的应力和缺陷问题,高温高压金刚石大单晶中的金属杂质问题等。因此,针对HPHT法合成高纯金刚石晶体中存在金属杂质的问题,在合成“高纯”Ⅱa型金刚石晶体时,关键在于选择合适的触媒溶剂。我们知道,金属溶剂在金刚石晶体的合成过程中起着至关重要的作用,研究不同触媒体系中生长的金刚石能更好地理解金刚... 

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    §1.1 金刚石简介
        §1.1.1 金刚石的晶体结构
        §1.1.2 金刚石的类别
        §1.1.3 金刚石的特性和应用
    §1.2 人造金刚石的合成历史以及最新研究状况
    §1.3 人造金刚石合成的方法与理论
        §1.3.1 金刚石合成方法
        §1.3.2 生长金刚石的溶剂理论
    §1.4 人造金刚石单晶合成的关键性技术-温度梯度法
        §1.4.1 碳元素在熔融合金溶剂中的输运
        §1.4.2 合适的温度梯度
        §1.4.3 合成腔体的稳定性
    §1.5 论文选题的意义及主要科研内容
        §1.5.1 论文选题的意义
        §1.5.2 课题研究内容
第二章 高压设备与其精密化控制
    §2.1 引言
    §2.2 实验所用高压设备简介
    §2.3 铰链式六面顶压机的压力与温度的操控系统
        §2.3.1 压力操控系统
        §2.3.2 温度操控系统
    §2.4 合成实验的压强和温度的标定
        §2.4.1 合成压强的测量
        §2.4.2 合成温度的测量
第三章 合成金刚石大单晶的实验组装
    §3.1 引言
    §3.2 腔体内传压和保温材料的选择
        §3.2.1 传压材料的选择
        §3.2.2 白云石做衬管
        §3.2.3 稳定的容器材料
    §3.3 石墨加热源的确定
        §3.3.1 压制的石墨纸管
        §3.3.2 压制的石墨纸管
        §3.3.3 两种石墨管腔体温度的比较
    §3.4 实验组装的确定
    §3.5 本章小结
第四章 纯铁触媒合成Ⅰb型金刚石
    §4.1 引言
    §4.2 实验过程
    §4.3 纯铁触媒合成Ⅰb型金刚石
        §4.3.1 晶体的光学图片
        §4.3.2 晶体的红外吸收光谱(FTIR)分析
        §4.3.3 晶体的拉曼光谱分析
        §4.3.4 晶体的光致发光光谱(PL)分析
    §4.4 本章小结
第五章 纯铁触媒合成Ⅱa型金刚石
    §5.1 引言
    §5.2 实验过程
    §5.3 纯铁触媒合成Ⅱa型金刚石
        §5.3.1 晶体的光学图片
        §5.3.2 晶体的红外吸收光谱分析
        §5.3.3 晶体的拉曼光谱分析
        §5.3.4 晶体的PL光谱分析
    §5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    §6.1 结论
    §6.2 展望
参考文献
硕士期间公开发表的论文
作者简历
致谢



本文编号：3660642