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微波等离子体化学气相沉积法在金刚石衬底上生长金刚石的多变量研究
摘要： 氢气（H2）混合气体中的基底温度与甲烷浓度是提升合成钻石生长速率、成核密度及晶粒尺寸的主要因素，但该方法会降低品质。虽然提高腔室压力可改善品质，却会导致晶体生长速率下降。采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术在氢气（H2）与甲烷（CH4）混合气体中沉积了薄层钻石薄膜，研究了甲烷浓度（1-5%）、生长温度及压力对钻石基底上钻石薄膜成核的影响。生长温度与压力分别维持在925-950℃和72-75托范围内，在钻石基底上制备的单晶钻石（SCD）薄膜对钻石探测器应用具有重要价值。通过优化工艺，在厚度分别为209.17微米（1%甲烷）、401.73微米（2%甲烷）和995.03微米（5%甲烷）的钻石基底上获得了不同尺寸的薄膜。经测试，当甲烷浓度为5%且基底温度优化至950℃时，薄膜粗糙度为5.02微米/小时，生长速率为4.23纳米/分钟。运用多种表征技术分析了沉积钻石薄膜的结构、形貌及成分特性，证实了钻石基底上所形成钻石薄膜的晶体有序性。
关键词： MPCVD（微波等离子体化学气相沉积）、XRD（X射线衍射）、金刚石薄膜、XPS（X射线光电子能谱）、拉曼光谱、AFM（原子力显微镜）、SEM（扫描电子显微镜）
更新于2025-09-23 15:23:52
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采用还原氧化石墨烯/金新型电极结构的CVD金刚石薄膜α粒子探测器
摘要： 采用MPCVD技术在硅衬底上沉积了(111)取向多晶金刚石薄膜(PCDs)，并成功在其表面制备了还原氧化石墨烯(RGO)/金新型电极结构。通过圆形传输线模型(CTLM)测试显示，PCD表面RGO/Au电极的接触电阻为6.6 Ω·cm?2，显著低于Ti/Pt/Au电极的97.4 Ω·cm?2。分别采用这两种电极制备了探测器，在241Am源5.5 MeV α粒子辐照下观测其暗电流、光电流及能量分辨率。结果表明：RGO/Au电极在PCD上实现了优质欧姆接触，100 V偏压下RGO/Au电极探测器光电流达58.7 nA，明显高于Ti/Pt/Au电极探测器的8.8 nA；得益于RGO/Au电极与PCD表面的良好接触，该探测器能量分辨率11.9%优于Ti/Pt/Au电极的24%。在PCD上制备RGO/Au电极为提升α粒子辐照下的探测性能提供了可行途径。
关键词： α粒子辐照、金刚石薄膜、欧姆接触、RGO/Au电极、拉曼光谱
更新于2025-09-23 15:22:29
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硅空位中心的荧光特性作为金刚石?；ね坎阕刺谋碚髦副?
摘要： 由于具有优异的性能，多晶金刚石涂层被用于工具和工件的耐磨保护。然而粘着磨损、磨粒磨损以及涂层剥落可能导致加工设备的损坏和?；Ｍü粱璨粼佣嗖憬鸶帐坎?，可以实现对涂层状态的监测。本研究探究了硅空位中心零声子线在掺杂多层金刚石涂层中的行为及传输特性。采用大气激光等离子体化学气相沉积法原位合成了硅掺杂金刚石涂层，使用18 mm2激发面积和248 nm波长进行光致发光测量。虽然掺杂层的光致发光从原理上证明了其作为涂层状态指示剂的适用性，但在所用参数下，涂层中的未掺杂金刚石层对零声子线表现出高透射率。
关键词： 磨损、发光材料、防护涂层、金刚石薄膜、化学气相沉积
更新于2025-09-23 15:21:21
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基于大气激光化学气相沉积的硬质合金上金刚石沉积中甲烷浓度与沉积温度的相互作用
摘要： 在大气压下对硬质合金进行激光诱导等离子体化学气相沉积（CVD）金刚石涂层时（无需真空腔室），必须理解沉积温度与甲烷浓度之间的相互作用，以调节涂层厚度、沉积时长及中等尺寸金刚石晶粒。本研究假设：由于沉积温度升高会提升刻蚀与沉积速率，可采用更广范围的甲烷浓度来沉积微晶金刚石涂层。实验在K10硬质合金基体上进行CVD金刚石涂层沉积，工艺温度与甲烷浓度分别控制在650-1100°C和0.15%-5.0%范围内。通过扫描电镜、三维激光共聚焦显微镜、能谱X射线分析、显微拉曼光谱及冷冻断裂显微分析对涂层进行表征。结果表明：提高工艺温度可在更广的甲烷浓度范围内实现微晶金刚石涂层沉积。尽管甲烷浓度持续增加，涂层厚度仍会随工艺温度达到饱和。当沉积温度升至1100°C时，钴扩散会阻碍沉积过程，此时涂层厚度随沉积温度升高而持续增加直至该临界点。
关键词： 金刚石薄膜、化学气相沉积、硬质金属、甲烷比例、沉积温度
更新于2025-09-19 17:13:59
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激光烧蚀对金刚石薄膜微波衰减性能的影响
摘要： 开发高功率微波技术需要热导率材料。自然界中金刚石具有最高的热导率。本研究通过微波等离子体化学气相沉积法合成金刚石薄膜，随后采用激光烧蚀技术在薄膜中引入长短两种导电石墨纤维。利用传输/反射法测量了样品在K波段的介电常数。添加短石墨纤维的金刚石薄膜介电常数升高，其实部增大可归因于电子极化，虚部增大则源于极化和电导率共同作用。含长石墨纤维的金刚石薄膜表现出显著的微波各向异性。微波吸收计算表明：当石墨纤维长度为0.7毫米且样品厚度为2.5毫米时，在21.3-23.5 GHz频段可获得超过-10 dB的反射损耗值。因此，金刚石薄膜可发展为兼具极高热导率的微波衰减材料。
关键词： 高导热性、激光烧蚀、金刚石薄膜、微波衰减、介电常数
更新于2025-09-12 10:27:22
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利用微球光刻技术构建金刚石薄膜
摘要： 本研究展示了微晶和纳米晶金刚石薄膜的结构化制备。通过微球光刻技术结合反应离子刻蚀对金刚石薄膜进行结构化处理。具体而言，本文提出了一套四步制备工艺：金刚石沉积（微波等离子体辅助化学气相沉积）、掩模制备（采用标准朗缪尔-布洛杰特法）、掩模改性和金刚石刻蚀。以具有密堆积排列的单分散聚苯乙烯（PS）微球自组装单层膜作为主要模板，随后在电容耦合射频等离子体中采用不同等离子体化学体系对PS微球和金刚石薄膜进行处理。该制备方法实现了周期性均匀丘状结构大阵列的制备。通过扫描电子显微镜和原子力显微镜对处理后金刚石薄膜的表面形貌进行了表征，并简要探讨了这些金刚石结构在纳米技术领域中的潜在应用。
关键词： 聚苯乙烯微球、纳米结构化、扫描电子显微镜、反应离子刻蚀、金刚石薄膜
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过液相微波等离子体CVD法高速合成高硼掺杂金刚石薄膜
摘要： 液态微波等离子体化学气相沉积（IL-MPCVD）工艺可实现醇类混合物中金刚石的快速生长。本研究首次报道了通过醇类与三氧化二硼（B?O?）混合物的IL-MPCVD工艺合成多晶掺硼金刚石（BDD）。我们同时实现了高生长速率（最高达287微米/小时）和高硼浓度（最高达7×1021 cm?3）。通过研究生长机制发现，B?O?在醇中溶解生成的水是BDD快速生长的关键因素。即使保持相同的碳氢氧比例，添加水也会导致金刚石生长速率和成核密度急剧下降。水具有强刻蚀效应，促使金刚石在富碳条件下生长。结果表明，在IL-MPCVD工艺中影响金刚石生长的不仅是碳氢氧组成比，实际使用的物质也至关重要。最后我们将生长的BDD薄膜作为金刚石电极进行评估：尽管生长速率很高，但IL-MPCVD生长的BDD在1 mM K?[Fe(CN)?]溶液中展现出与传统CVD工艺相当的3.2V电位窗口和85mV峰间距等电化学特性。凭借高生长速率优势，IL-MPCVD是合成BDD的有效技术。
关键词： 电极、化学气相沉积、金刚石薄膜、电化学、等离子体CVD
更新于2025-09-04 15:30:14