可是晶粒尺寸平均 晶界含量较少 薄膜的发展品质

发布日期:2016/6/29 16:34:10   点击量:    

  因而很多原子很难正在金刚石中消融这为金刚石薄膜的带来了很大的坚苦。因为 原子的原子半径较大 原子进入晶格会导致晶格的畸变构成深能级。并且氮原子的是优先辈入晶界 扩展晶界宽度并构成大量石墨相和非晶碳相 进入晶格的则是替位式 因为碳原子的半径小于氮原子 因而替位式会导致金刚石的晶格发生

  因而很多原子很难正在金刚石中消融这为金刚石薄膜的带来了很大的坚苦。因为 原子的原子半径较大 原子进入晶格会导致晶格的畸变构成深能级。并且氮原子的是优先辈入晶界 扩展晶界宽度并构成大量石墨相和非晶碳相 进入晶格的则是替位式 因为碳原子的半径小于氮原子 因而替位式会导致金刚石的晶格发生畸变 导致金刚石取向性和结晶度变差 并且多余的 组分残留正在金刚石概况 薄膜的二次形核 导致薄膜的晶粒增大。因而金刚石薄膜的 型需要节制氮的掺入量 尽量接近最优化的气源工艺比例。表 分歧液态源浓度制备金刚石薄膜的具体工艺参数样品气源流量发展温度微波功率堆积压力堆积时间 编号 液态源 液态源西南科技大学硕士研究生学位论文第 分歧微波功率的型金刚石薄膜的制备正在操纵微波等离子体化学气相堆积法发展金刚石薄膜的过程中 反映气源的离解、共价键的断开都由输入微波的能量供给 微波功率的添加使反映气源中更多的气体被电离 提到等离子体中各类逛离粒子的浓度 并降低它们的平均程 提高档离子体内的能量 增大气体中的反映速度 堆积速度随之增大。因而 微波功率的添加导致反映中各基团的浓度、比例 衬底的温度、堆积的压力等。因而输入功率的大小是薄膜发展过程中的主要影响要素 分歧输入功率长的纳米金刚石膜有所分歧。具体堆积参数如表 所示。表 分歧微波功率制备金刚石薄膜的具体工艺参数 样品气源流量发展温度微波功率堆积压力堆积时间编号 液态源液态源 西南科技大学硕士研究生学位论文第 金刚石薄膜的表征激光拉曼光谱 拉曼散射是对光子的一种非弹性散射效应。当用必然频次的激发光映照时 一部门离射光的频次和入射光的频次相等。这种散射是对光子的一种弹性散射。只要和光子间的碰撞为弹性碰撞 没有能量互换时 才会呈现这种散射。该散射称为瑞利散射。还有一部门离射光的频次和激发光的频次不等 这种散射成为拉曼散射。拉曼散射光和瑞利散射光的频次之差称之为拉曼频移。拉曼频移取决于振动能级的变化 各类分歧的振动体例对应各类分歧的化学键 这些化学键的振动是能级间能量变化的间接表示 这是拉曼光谱进行布局定性阐发的理论根据。并且拉曼散射对于碳键的接收峰相当活络 出格是对于石墨相和非晶碳相 活络度约为金刚石的 因而拉曼光谱是表征金刚石薄膜的一种相当主要的手段它能够精确探测出薄膜中碳原子的各类键合形态 很容易区分薄膜中的金刚石相、石墨相、非晶碳相以及碳和各类原子的键合布局。金刚石的一阶拉曼峰随薄膜的微不雅布局、形态变正在 附近有必然的频移 石墨的一阶拉曼峰则凡是呈现正在 附近随晶粒增大向低波数标的目的频移 附近的两个特征峰凡是晶相和无定形碳的特征峰这两个峰一般环境下都比力宽 正在氢化的环境下会变得锋利。正在硼的 型薄膜中 还存正在一个由 键惹起的接收峰凡是正在 以附近。而 型薄膜中 凡是被认为是型纳米金刚石的“指纹峰”。本尝试采用的是英国雷尼绍公司 型激光拉曼光谱仪阐发碳的各类形态。激光波长为 分辩率能够达到 扫描电子显微镜凡是用于察看样品的概况描摹特征 放大倍数最大可达到数百万 能够曲不雅、持续的察看样品概况 用来确定晶粒的大小、发展取向、晶型、膜厚以及平均程度等。可是需要样品导电性较好 对于不导电的本征金刚石薄膜 必需西南科技大学硕士研究生学位论文第 页正在其概况喷一层很薄的导电物质 凡是为金 。它还能够用来察看薄膜的断面 确定薄膜和衬底的连系环境 还能够确定其形核密度等 是表征材料概况微不雅布局的次要手段之一。本文尝试采用 公司的 型钨灯丝扫描电子显微镜察看薄膜的结晶程度和概况平均程度。 原子力显微镜 凡是用于对样品概况选定的微区进行阐发 能够从探针反馈的消息间接获得所阐发的微区的三维立体图像 并且清晰度远高于 并能对微区概况进行阐发 获得其概况的粗拙度等具体数据 对于研究概况缺陷、晶粒尺寸等参数有极其主要的感化。因为 探测精度很高 因而无法阐发微米级以上的样品 而且会损坏探针。 连系能够具体阐发薄膜的概况形态也是察看薄膜概况布局的主要表征手段。本文尝试采用日本精工公司的 型原子力显微镜阐发薄膜的晶粒大小和概况粗拙度等。 霍尔效应测试仪霍尔效应测试仪的工做道理是当电畅通过位于中的样品的时候 会对样品中的电子发生一个垂曲于电子活动标的目的上的的感化力 从而正在垂曲于样品取磁感线的两个标的目的上发生电势差。从而测得样品的电阻率、载流子浓度、载流子迁徙率、霍尔系数等参数 并能够从这些参数阐发薄膜的电学机能。对于摸索薄膜的发射机理也是一个很主要的参考手段。因为霍尔效应的测试要求样品导电性很是好 因而本文尝试中采用霍尔效应测试仪对 样品进行了测试。微波场脉冲发射特征测试平台场发射平台为中国工程物理研究院使用电子学研究所的 波段微波电子枪 布局如图 所示。电子枪的工做频次为 的实空下阴极概况电场可达到 。场电流由安拆正在电子枪出口西南科技大学硕士研究生学位论文第 页处的一个法拉第筒丈量 测得的是宏脉冲内的平均电流。亘 电子枪系统总图及实物图片腔体 阴极盖 冷却系统束流孔径 阴极洞 阴极由楔形孔道插入 功率馈入系统。 中为电子枪的布局图取实物图微波电子枪内 阴极概况的电场是不竭变化的 。此中 必需大于电子的场发射阈值 。满脚场发射前提时 电子正在 。附近发射几率最大。因为分歧相位发射的电子感遭到的电场纷歧样 它们获得的能量增益也分歧 这使得电子束呈现必然的能散。同时 各个电子从发射后到完全分开电子枪需要的时间也是纷歧样的。从较晚的相位发射的电子还未离时 枪内的电场就可能反相 这些电子将滑入减速相位 最终以至向阴极标的目的活动 对阴极形成损害 构成所谓的反轰 。为了尽可能的降低能散和反轰 电子的发射区间不宜太大。西南科技大学硕士研究生学位论文第 方程近似处置后能够证明微波场中的发射以波峰为核心呈高斯分布【 高斯分布的均方根宽度盯为 此中为电场幅值 妒为材料的功函数 为。以金刚石薄膜为例 功函数取 的发射电流密度下上述均方根约为 这意味着场发射都将局限于波峰附近很窄的区间内。取通俗曲流高压脉冲激励场比拟微波场可供给更高的加快场强 正在加快初期能更无效的空间电荷力对电子束质量的影响 正在高亮度电子源中的使用更为普遍【 。西南科技大学硕士研究生学位论文第 金刚石薄膜的表征成果及发射特征阐发分歧 。浓度的金刚石薄膜的描摹表征及发射特征阐发 分歧 。浓度下制备的金刚石薄膜的 图像 分歧浓度制备的金刚石薄膜的 图像 时所发展的金刚石薄膜的图像。薄膜样品概况平均致密 少少呈现非常长大的颗粒 浓度增大晶粒尺寸较着添加 样品增大至 样品 摆布 薄膜中非常长大的颗粒添加 发展更不服均 薄膜中晶粒的取向性从 取向曲到 样品的取向完全呈无序化。从图 可知 撑样品堆积时 含量为 反映基团浓度不高 金刚石成核率较低 金刚石薄膜的发展速度迟缓。可是晶粒尺寸平均 晶界含量较少 薄膜的发展质量较好 致密程度也很好。由图 能够看出 反映基团的浓度也正在升高推进了形核率的增大 因而薄膜的结晶度更好 晶粒也比 样品略大 并且薄膜起头呈现非常长大的颗粒。由图 样品呈现了较大颗粒的金刚石晶粒取向无序度添加 平均性较差 这是由于随 含量的升高 逐步了二次形核 推进晶粒长大。西南科技大学硕士研究生学位论文第 分歧。浓度下制备的金刚石薄膜的 光谱表征 分歧浓度的金刚石薄膜的 光谱曲线 时所发展的金刚石薄膜的激光拉曼图谱从图中能够看出 三个样品正在 处都存正在一个很强的金刚石特征峰 峰则是底子没有呈现。随浓度增大 金刚石特征峰变锋利 半高宽变小 表白金刚石薄膜结晶度变好 晶相纯度变高 晶粒愈加粗大。 等处呈现弱峰是由于正在其之前薄膜的残留影响导致薄膜存正在轻细而呈现微弱 这是因为原子进入晶界导致晶界展宽 薄膜中呈现更多的 缺陷添加但因为拉曼光谱对于 键的活络度是 倍以上所以样品中所含的 相碳很少。总体来看 三个薄膜都是本征金刚石薄膜 随反映气源中甲烷浓度的升高 金刚石的特征峰变得锋利 暗示薄膜的晶粒尺寸增大 结晶度变好。西南科技大学硕士研究生学位论文第 分歧。浓度的本征金刚石薄膜的发射机能表征 分歧浓度的本征金刚石薄膜的发射 曲线 时堆积的样品正在微波电子枪中发射的现实曲线。从图中能够看出 样品和 样品的发射阈值略低于 样品 这是因为发展时腔体内之前持续堆积 型薄膜 导致腔体有轻细污染 无法完全洗净 因而薄膜的布局中存正在少量石墨相和非晶碳相和 杂质 从而导致发射阈值的降低。 舞样品虽然发射阈值低于 挣样品 但正在 处的发射电流倒是 最大 次之 最小。这则是因为 撑样品晶粒小于 样品 结晶度较低 非金刚石相含量大 电子的隧穿和输运愈加容易 因而 样品的发射机能优于 样品。从理论上看 概况粗拙度越大的薄膜尖端场致加强效应越较着 可是 样品的发射电流最低 能够看出正在发射过程中少少呈现尖端效应。总体来看发射电流没有很是较着的变化 的电场下发射电流差距正在以内 这是因为本征金刚石薄膜不导电 电子正在薄膜内部的输运极为坚苦 仅有很少的电子能隧穿势垒进行发射 因而薄膜的发射机能变化不大。所一《 山西南科技大学硕士研究生学位论文第页以随反映气源中甲烷浓度的升高 薄膜的发射机能随之下降。 分歧硼浓度的金刚石薄膜的描摹表征及发射特征阐发 分歧硼浓度的金刚石薄膜的 图像图 分歧 浓度的金刚石薄膜的 时的金刚石薄膜的图像。从图中能够看出 薄膜概况布局平均 少少呈现非常长大的颗粒 并且随掺 量增大 薄膜概况晶粒尺寸从 先变大为 摆布之后变小至 的几百 这是由于少量 原子替位式掺入晶格中 推进晶粒发展和晶粒尺寸增大 改善金刚石薄膜的质量 随掺硼浓度的添加 薄膜中晶粒的布局畸变 缺陷增加 薄膜质量变差。并且硼原子正在掺入金刚石薄膜后 少量 原子替位式掺入晶格中 推进晶粒发展和晶粒尺寸增大 原子浓渡过大时只要少部门 原子进行替位进入金刚石薄膜的晶格 更多的 原子掺入晶界 导致缺陷和晶界的添加 晶格布局 晶粒长大 推进了晶粒的二次形核 晶粒反而变得愈加藐小 薄膜的电阻率敏捷下降 万用表丈量 样品电阻正在 以下 空穴浓度和迁徙率随量的分歧有较着变化。


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