金刚石薄膜

摘要： 片内热积累效应严重制约GaN器件向高功率密度应用发展,金刚石钝化散热结构的GaN器件热管控技术已成为目前研究重点,而金刚石栅区高精度刻蚀和控制是实现该热管理技术应用的关键工艺难点。因此,本文采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术,以氮化硅作为刻蚀掩膜,对纳米金刚石薄膜进行栅区微纳尺度刻蚀工艺研究,系统分析了刻蚀气体、组分占比、射频功率等工艺参数对刻蚀速率的影响。结果表明,ICP源功率与氧气流量对刻蚀速率有增强作用,Ar与CF_(4)的加入对刻蚀过程具有调控作用。最终提出了基于等离子体刻蚀技术的高精度微纳尺度金刚石钝化薄膜刻蚀方法,对金刚石集成GaN器件热管理和金刚石高精度刻蚀技术具有重要的指导意义。

摘要： 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备的高质量金刚石在很多领域均有广泛应用前景。本研究采用9 kW微波功率,分别在13 kPa、14 kPa、15.5 kPa、17 kPa的腔室压力下进行薄膜沉积实验,发现在15.5 kPa、17 kPa的腔室压力下沉积的薄膜在中心区域出现异常生长情况,具体表现为中心存在明显的阶梯式凸起。为揭示薄膜中心出现异常沉积的原因,使用SEM和Raman分析薄膜表面形貌和质量,通过数值模拟进行沉积过程建模计算和分析功率密度和流场分布。结果表明在相同功率下,提高腔室压力,压缩等离子体,因平均自由程较短,扩散能力不足,将导致衬底中心区域比边缘区域更易密集生长,金刚石薄膜中心区域出现明显的阶梯。同时,薄膜整体的生长速率、均匀性、质量均会在超过压力极值后降低。

摘要： 针对目前电极式电导率传感器存在的电极材料易脱落、结构不稳定、抗生物附着能力差等问题,本文设计出一种基于硼掺杂金刚石薄膜电极的电导率传感器。本文从七电极电导率的测量原理出发,结合金刚石薄膜电极的特点,详细介绍了金刚石薄膜电极式电导率传感器的探头制备,然后概述了电导池的研究设计过程,以及电导率传感器的定标和拟合、数据的误差分析,最后验证了本传感器达到了稳定可靠、测量精度较高的测量效果。该电导率传感器的电极具有电化学窗口宽、机械强度高、抗腐蚀性能力强等优异的特性,可提高海洋盐度传感器的测量效果和稳定性,对增强我国海洋传感技术的研究创新能力,满足海洋研究与开发需求具有重要意义。

摘要： 本研究在P型硅衬底上制备了硼掺杂金刚石/MoS_(2)/金刚石复合膜结构的电致发光器件。对器件中薄膜层的组成和微观结构进行了表征,并对器件的伏安特性和电致发光特性进行了研究。结果表明,器件的I-V曲线有轻微的不对称性;器件在正接和反接时都可以发光,但器件的电致发光光谱有明显差异:器件正接时有两个发光宽峰分别位于420和660 nm处,而器件在反接时的两个发光宽峰则分别位于436和680 nm处,且器件反接时的发光强度是正接时的5.4倍。原因在于器件外加不同方向电压时,各薄膜层对电致发光光谱的贡献不同。

摘要： 金刚石薄膜具有诸多优异的性能,在精密加工、半导体、散热器件、光电学等方面具有许多应用,不过现代制备金刚石薄膜的工艺依然存在沉积的速率慢、品质差等问题。简述金刚石薄膜的制备原理和制备机理,探究MPCVD制备金刚石薄膜的原理,通过近年来科研人员的研究成果来分析金刚石薄膜的制备工艺对其沉积速率和品质等方面产生的影响。其中,主要分析形核方式、CH_(4)/H_(2)比、Ar掺杂、沉积温度、沉积气压等工艺参数的差异对金刚石薄膜制备过程中活性基团的种类和浓度产生的影响。

摘要： 目的提出在第一壁材料(钨穿管部件)表面沉积金刚石薄膜,并系统研究金刚石薄膜厚度对应力的影响。方法采用数值模拟和实验表征方法。利用ANSYS workbench模拟软件,在建立钨穿管部件表面金刚石薄膜有限元模型及模型方程的基础上,对影响金刚石薄膜热残余应力的厚度因素进行探讨;采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),在钨穿管部件表面沉积不同厚度的金刚石薄膜,并利用拉曼光谱法和洛氏硬度计压痕法对薄膜的应力进行表征。结果模拟显示,随着金刚石薄膜厚度增加,薄膜最大主应力值和最大剪应力值均呈现出先减少后增加趋势,在薄膜厚度为75~100μm时处于最低,小于金刚石薄膜通常的断裂强度(700 MPa),同时最大应力落差区域出现在薄膜边缘处。通过实验表征得到金刚石薄膜表面呈现出拉应力,在薄膜厚度为(103.56±0.5)μm时,金刚石薄膜中间区域应力值最低,与VDI3198标准对比,压痕坑达到HF1和HF2效果。结论钨穿管部件表面金刚石薄膜厚度为(103.56±0.5)μm时,不容易出现裂纹和与基底的剥离现象,具有较好的附着性。

摘要： 利用热丝化学气相沉积技术在碳化硅基底上制备微米金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和金刚石–石墨复合薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪对不同金刚石薄膜的表面形貌和微观结构进行表征,通过摩擦磨损实验测试金刚石薄膜的摩擦系数并计算其磨损率,对比研究不同种类金刚石薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:金刚石–石墨复合薄膜具有较好的摩擦磨损性能,薄膜表面粗糙度为53.8 nm,摩擦系数为0.040,和纳米金刚石薄膜(0.037)相当;金刚石–石墨复合薄膜的磨损率最低,为2.07×10^(−7)mm^(3)·N^(−1)·m^(−1)。在相同实验条件下,同碳化硅基底的磨损率(9.89×10^(−5)mm^(3)·N^(−1)·m^(−1))和摩擦系数(0.580)相比,所有金刚石薄膜的磨损率和摩擦系数均有明显提升,说明在SiC基体表面沉积金刚石薄膜能够显著提高碳化硅材料在摩擦学领域的使役性能。

摘要： 金刚石作为一种碳单质,是石墨、富勒烯及碳纳米管等的同素异形体。凭借其特殊的晶体结构,具有极低摩擦系数、热膨胀系数及极高硬度、导热性能、禁带宽度、声音传播速度等物理性能。文章综述了MPCVD法制备金刚石薄膜的机理及各表征方法的原理和用途,论述了MPCVD法制备金刚石薄膜工艺的研究进展,分别分析了气压、微波功率、气体流动方式、基体温度及氮掺杂等因素对沉积金刚石薄膜质量的影响。以上工艺参数对金刚石薄膜性能具有一定影响,在生产过程中需选择最佳参数以制备出质量较好的薄膜。最后论述了金刚石薄膜在生物医学领域的应用前景及目前亟待解决的技术难题。在钛合金表面涂覆一层金刚石薄膜可赋予钛合金高硬度、耐磨蚀等性能,且其具有良好的生物相容性,在生物医学领域将具有广阔的应用市场,但由于膜层内应力较大使得金刚石薄膜与基体结合较差,这也是目前亟待解决的问题。

摘要： 利用热丝化学气相沉积(HFCVD)装置研究不同气压下氩气体积分数对金刚石膜晶粒尺寸的影响,并对不同气压下其微米纳米尺寸转变的临界值进行分析,同时用SEM以及拉曼光谱对沉积的金刚石膜进行分析.结果表明:随着氩气体积分数的增大,金刚石膜的晶粒会越来越小,但不同气压下金刚石膜从微米转变成纳米级别所需要的氩气体积分数不一样;在2.0～0.5 kPa范围内,随着气压的降低,转变所需的氩气体积分数逐步降低,从2.0 kPa时需要60.0％,到1.5 kPa时需要52.5％,再到1.0 kPa时需要32.5％降至0.5 kPa时仅需20.0％.在临界点得到的金刚石膜的质量与内应力也不相同,随着气压降低,膜的质量提高,内应力增大.

摘要： 通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以CH4/H2为气源,合成高质量金刚石薄膜,在150 W低微波功率下,从衬底预处理方法、沉积气压、流量比等方面对制备高质量金刚石薄膜的工艺参数进行研究.结果表明:高流量比不利于金刚石颗粒的粒径控制,二次形核的存在可以获得近纳米级颗粒尺寸的金刚石薄膜;较大的沉积气压有利于制备致密均匀的金刚石薄膜;衬底预处理对薄膜的有效沉积影响明显,其中利用含金刚石粉末的甲醇悬浊液进行超声处理是最有效的种晶方法.

摘要： 近年来,随着手机、笔记本电脑、液晶显示器以及其他电子产品需求量增加,印刷电路板(PCB)行业发展迅速.本文讨论了在微钻加工PCB板时化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜的优化问题.首先,对微晶金刚石(MCD)-PCB,纳米晶体金刚石(NCD)-PCB和硬质合金-PCB摩擦对的摩擦试验表明,PCD-PCB摩擦对的摩擦系数最低(0.35),而由于其独特的纳米结构和NCD薄膜较低的表面粗糙度,使得其PCB板的磨损率最高(9.043×10-5mm3N-1m-1).而后进行了PCB板钻削试验,对MCD,NCD,类金刚石涂层(DLC)和TiAlN涂层微钻的切削性能进行对比研究.

摘要： 已有研究表明，金刚石薄膜涂层刀具在加工CFRP时表现出明显优于A1TiN涂层或未涂层硬质合金刀具的切削性能。本文选用YG6硬质合金球及优化刃型(S横刃)的YG6硬质合金钻头作为基体，分别在其表面制备MCD,NCD,BDMCD,BDNCD和BDMC-NCCD薄膜，然后系统对比了涂层球与T800/X850 CFRP叠层材料对摩的摩擦学特性，以及采用涂层钻头进行该CFRP材料钻削加工的切削性能。

摘要： 金刚石材料具有优异的光学性能，虽然SiC基CVD金刚石薄膜中不可避免地存在一定缺陷，会影响其光学应用，但是通过薄膜类型优选、工艺优化制备的高质量SiC基金刚石薄膜仍有望成为光学镜面的一种重要的备选材料。采用纯机械抛光的方法很难完成SiC基CVD金刚石薄膜表面、尤其是微米金刚石表面的高质量精密抛光，因此有必要结合目前已成熟的或正在研究中的各类新型抛光技术，包括SiC光学反射镜面抛光加工中常用的各类技术、金刚石聚晶复合体抛光加工中常用的各类技术以及CVD金刚石薄膜抛光加工中已经得到一定研究和应用的加工技术，进行系统深入的对比研究，实现各类金刚石薄膜的镜面抛光。

摘要： 化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)金刚石薄膜具有高硬度、高弹性模量、低摩擦系数、高耐磨性及稳定的表面化学性能等接近天然金刚石的优异性能,使其在提高传统工具的耐磨减摩性能方面具有广阔的应用前景.本文首先介绍了采用热丝CVD(hot filament CVD,HFCVD)法制备金刚石薄膜的沉积原理和具体方法;其次,概述了微米金刚石(micro crystalline diamond,MCD)、纳米金刚石(nano crystalline diamond,NCD)、超光滑金刚石复合薄膜(ultra-smooth composite diamond film,USCD)、掺硼金刚石(boron doped diamond,BDD)和掺硅金刚石(silicon doped diamond,SDD)5种CVD金刚石薄膜的形貌特征及性能;最后,结合实际实验或生产数据,重点介绍了CVD金刚石薄膜涂层刀具、拉拔模具和耐磨器件在延长工具使用寿命、改善加工产品质量方面表现出的优越性能.

摘要： 等离子体发射光谱是探究等离子体参数、等离子体基团分布的有效工具.本文利用发射光谱技术对CH4/H2微波等离子体进行原位在线测量,研究了沉积过程中等离子体内部的基团种类以及气压对等离子体中各基团谱线强度的影响,测量分析了等离子体中各基团的空间分布以及气压对空间分布的影响.结果表明,随着气压的升高,Hα、CH、C2基团的发射光谱强度先增大后减小,且发射光谱线强度都在30kPa附近达到最大值.发射光强度比值IC2/1Hα基本保持不变,低气压范围内I CH/IC2则随气压升高迅速减小,当气压超过26 kPa时,I CH/IC2比值基本保持不变.随着气压的升高,等离子体的均匀性进一步变差,且等离子体的不均匀性导致了金刚石薄膜质量的不均匀性.

摘要： 采用常规方法制备截面样品，利用透射电镜(TEM)对不同合金基体与薄膜的界面结构进行了细致的研究，探讨Al对金刚石薄膜生成的促进机制。

摘要： 采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在钛合金(Ti6A14V)表面沉积金刚石薄膜,研究热丝距离对所得金刚石薄膜样品的物相组成、表面形貌和附着性能的影响.利用扫描电镜(SEM)、激光拉曼光谱(Raman)和维氏硬度仪分析了薄膜的形貌、结构、成分和附着性能.结果表明:金刚石的形核密度随着热丝距离的增加而减小,合适的热丝距离对金刚石膜的生长有重要影响.

摘要： 采用热丝化学气相沉积法在机械密封环工作表面涂覆金刚石薄膜可充分发挥金刚石薄膜的耐磨减摩特性,有助于延长机械密封环的工作寿命.本文采用热丝化学气相沉积法在碳化硅机械密封环表面沉积了厚度30-50微米的微米、纳米和微纳米复合金刚石薄膜.随后的金刚石涂层机械密封环研磨抛光实验发现:微纳米复合金刚石涂层机械密封环的抛平时间短且耐磨损性能优异,其综合抛光特性优于微米或纳米金刚石涂层机械密封环,具有广阔的应用前景.

摘要： 本文通过在大面积区熔硅表面沉积金刚石膜,制作硅的红外增透膜。经扫描电镜观察,金刚石膜的颗粒尺寸平均约2μm,晶体颗粒形状规则。测试单面镀膜的红外透过率最高达65％。双面镀膜红外透过率最高达84％。初步考核证明硅表面金刚石具有一定的抗热冲击性能。分析了硅表面金刚石薄膜的红外增透特性,提出了进一步提高金刚石膜红外增透性能的方法。

摘要： 以丙烯酸酯、乙烯基硅氧烷为主要原料，以OP-10和十二烷基硫酸钠(SDS)为复合乳化剂，采用连续滴加法进行乳液聚合制备了有机硅改性丙烯酸酯乳液。结果表明，当甲基丙烯酸甲酯(MMA)与丙烯酸丁酯(BA)的质量比为1.2~1.0、有机硅用量占单体质量分数3～10％时，可制得性能良好的硅丙乳液。

摘要： 本发明公开一种在类金刚石(DLC)薄膜表面制备羧基改性层的方法。该方法是在常温、气相条件下，应用低能射频等离子体激发工艺对DLC薄膜表面进行羧基改性，并对羧基改性后的DLC薄膜表面进行氢化处理，制备出具有稳定羧基改性层的DLC薄膜；羧基改性层与DLC表面碳层结合牢固，改性层厚度小于10nm。该方法制备的羧基改性层的羧基含量高，纯度高，并且不会改变薄膜内部原有的物理化学特性，可应用于生物传感器、生物材料等生物医学领域。

摘要： 本发明提供一种在磷原子/碳原子比为3％以上的条件下，在{111}单晶衬底的主表面上生长在300K下具有300Ωcm以下的电阻率的低电阻掺磷外延薄膜的方法，其特征在于主表面具有0.50°以上的倾斜角。根据本发明的具有低电阻掺磷金刚石外延薄膜的金刚石单晶的特征在于，薄膜表面相对于{111}面具有0.50°以上的倾斜角，以及在300K下低电阻掺磷金刚石外延薄膜的电阻率是300Ωcm以下。

摘要： 本发明公开一种在类金刚石(DLC)薄膜表面制备羧基改性层的方法。该方法是在常温、气相条件下，应用低能射频等离子体激发工艺对DLC薄膜表面进行羧基改性，并对羧基改性后的DLC薄膜表面进行氢化处理，制备出具有稳定羧基改性层的DLC薄膜；羧基改性层与DLC表面碳层结合牢固，改性层厚度小于10nm。该方法制备的羧基改性层的羧基含量高，纯度高，并且不会改变薄膜内部原有的物理化学特性，可应用于生物传感器、生物材料等生物医学领域。

摘要： 本发明提供一种在磷原子/碳原子比为3％以上的条件下，在{111}单晶衬底的主表面上生长在300K下具有300Ωcm以下的电阻率的低电阻掺磷外延薄膜的方法，其特征在于主表面具有0.50°以上的倾斜角。根据本发明的具有低电阻掺磷金刚石外延薄膜的金刚石单晶的特征在于，薄膜表面相对于{111}面具有0.50°以上的倾斜角，以及在300K下低电阻掺磷金刚石外延薄膜的电阻率是300Ωcm以下。

摘要： 一种在基体上合成的纳米晶体金刚石薄膜，该薄膜包含晶粒直径为1nm～小于1000nm的纳米晶体金刚石作为其主要成分。可以使用含有烃和氢的原料气体通过等离子体CVD方法在基体上形成纳米晶体金刚石薄膜，使纳米晶体金刚石薄膜的形成发生在等离子体区域的外面。该纳米晶体金刚石薄膜可用于制造电化学器件、电化学电极、DNA芯片、有机场致发光器件、有机光电接收器件、有机薄膜晶体管、冷电子发射器件、燃料电池和催化剂。

摘要： 本发明公开了金刚石薄膜转移装置及转移工艺和基于间接预拉伸产生金刚石薄膜应变的装置及产生方法。该转移装置包括施主装置和受主装置。基于间接预拉伸产生金刚石薄膜应变的装置为受主装置。所述金刚石薄膜转移装置中，转印图章通过光敏/热敏释放粘结膜吸附位于施主基板上的金刚石薄膜，并在转移后通过光/热释放待转移薄膜于受主基板上。所述的基于间接预拉伸产生金刚石薄膜应变的装置及产生方法中，通过位移/力/热/电等方式使受主基板张开带动金刚石薄膜拉伸，从而实现薄膜产生应变。本发明可实现快速批量转移待转移薄膜；同时可适应待转移薄膜之间不同的间距，提高薄膜转移基板的通用性，并填补了批量金刚石薄膜拉伸实现的空白。

摘要： 本发明公开了一种基于类金刚石薄膜中间层的纳米金刚石薄膜制备方法，利用离子束复合中频溅射法在单晶硅衬底上预先沉积一层类金刚石薄膜作为中间层；随后在类金刚石薄膜中间层上利用微波等离子体气相沉积法，外加负偏压辅助沉积得到纳米金刚石薄膜。本发明利用类金刚石薄膜产生高浓度的碳源，增加碳的过饱和度，从而提高了纳米金刚石薄膜的形核密度；在偏压形核过程中引入大量的原子氢，增加刻蚀效率，对降低纳米金刚石薄膜的晶粒尺寸，提高异质外延纳米金刚石薄膜的形核密度，以及制备高质量纳米金刚石薄膜有很大意义。

摘要： 本发明提供了一种高致密纳米金刚石薄膜的制备方法，包括：将工件基体进行表面预处理，使其表面带正电或负电；将赖氨酸加入到水中，得到赖氨酸溶液，再向赖氨酸溶液中加入纳米金刚石粉，超声分散后得到纳米金刚石颗粒表面带正电或负电的纳米金刚石悬浊液；将经表面预处理后的工件基体浸入到与工件基体带相反电荷的纳米金刚石悬浊液中，超声震荡，使纳米金刚石颗粒吸附在工件基体表面；吸附完成后，取出工件基体，清洗并经氮气吹干后，采用化学气相沉积设备在工件基体上生长金刚石薄膜。该方法可实现在复杂工件上进行大面积纳米级厚度的高致密金刚石薄膜的制备，薄膜质量高，结合力强，且工艺简单，成本低，在纳米机电系统中具有广阔的应用前景。

摘要： 一种在基体上合成的纳米晶体金刚石薄膜，该薄膜包含晶粒直径为1nm～小于1000nm的纳米晶体金刚石作为其主要成分。可以使用含有烃和氢的原料气体通过等离子体CVD方法在基体上形成纳米晶体金刚石薄膜，使纳米晶体金刚石薄膜的形成发生在等离子体区域的外面。该纳米晶体金刚石薄膜可用于制造电化学器件、电化学电极、DNA芯片、有机场致发光器件、有机光电接收器件、有机薄膜晶体管、冷电子发射器件、燃料电池和催化剂。

摘要： 一种具有平坦表面、几乎不含有非定向生长晶体的高定向金刚石薄膜，具有通过化学气相沉积方法并使用甲烷和氢气的气体混合物作为原料气体、由(111)晶面生长而沉积的第一金刚石层和在第一金刚石层上通过等离子化学气相沉积方法并使用甲烷、氢气及氧气为原料气体、由(100)晶面生长而沉积的第二金刚石层，其中在生长第二金刚石层时原料气体的压力为133hPa或更高，原料气体的成分为：([C]－[O])/[CH