一、不同重力取向对金刚石薄膜生长的影响(论文文献综述)
王杨[1](2021)在《硅衬底/铱/外延金刚石的第一性原理计算及实验研究》文中研究说明金刚石因其极佳的物理化学性质,可应用于各种高端的科技领域,单晶金刚石,特别是大尺寸、高质量的单晶电子级金刚石,更是由于结构完整、纯度高、缺陷密度低而备受关注。这样的金刚石单晶片需要使用化学气相沉积方法制备,同质外延和异质外延是两种不同的实现途径,其不同点在于生长金刚石所用的衬底。同质外延以高温高压法制备的金刚石单晶片作为衬底,而异质外延则以非金刚石材料作为金刚石生长的衬底材料。选择合适的衬底是金刚石异质外延生长的首要步骤,一般认为在Ir(100)上生长的金刚石具有最高的质量,但是对于该现象的解释,以及对金刚石外延生长过程和机理的描述还不够完整。另外,Ir(100)薄膜仍然要生长于其他底层衬底之上,考虑到衬底面积的扩展、热膨胀系数的匹配等理论与技术因素,需要对衬底的结构进行设计,以及了解衬底各层之间界面的相互作用与结合能力。本文即从这几个方面对金刚石在铱薄膜上异质外延生长的过程和机理进行了研究,总体上分为模拟和实验两大部分。模拟部分主要利用基于密度泛函理论的CASTEP程序(集成于Materials Studio 2017软件)进行,另外对于生长动力学过程的描述使用了分子动力学模块Forcite。实验部分主要包括金刚石异质外延生长衬底的制备和金刚石在Ir(100)上的形核与生长。本文首先给出了设计金刚石生长衬底时需要考虑的因素,包括理论因素与技术因素,从而设计出Si(100)/TiN(100)/MgO(100)/Ir(100)的适合金刚石异质外延生长的衬底结构。本文中对MgO(100)衬底上生长Ir(100)薄膜的过程进行了模拟,从一次形成能和分步形成能两个角度对生长过程的能量进行了计算,结果表明适当提高沉积速率可以提高Ir(100)薄膜的生长质量。为了扩大金刚石异质外延衬底的面积,可以使用Si作为最底层衬底,因此涉及到Si/TiN、Si/TiN/MgO等薄膜之间的相互作用过程,本文同样对这些衬底之间的结合和化学键作用进行了描述,对TiN过渡层所起到的粘接作用机理进行了解释。之后,根据吸附和脱附两个模型,从能量的角度对于C原子在Ir(100)上的溶解-析出过程进行了研究,并与C原子和Ni、Cu等之间的相互作用和能量变化进行对比,进而对Ir功能层的唯一性进行了说明,从可行性和实现性两个维度,对金刚石异质外延衬底进行评价。计算结果表明,自由吸附过程结束后,C原子位于Ir薄膜表面之上的结构是稳定状态,而如果C原子从Ir功能层亚表面析出,则在亚表面接近表面的位置有一个亚稳定的过渡态结构。因此,在C原子浅注入于Ir功能层亚表面的过程中,在C原子浓度较低时,C原子将停留于亚稳定位置;而升高C原子浓度,C原子会最终析出并在Ir表面上方稳定。这样的溶解-析出过程可以持续进行,并有利于最初的金刚石晶核的形成,以及为金刚石初级晶核的位置和取向微调提供能量,使初级晶核可以聚集生长,并达到相近的取向。金刚石生长是生长室内的各种粒子与衬底之间的相互作用,本文对生长的动力学过程进行了模拟,并对Ir(100)/金刚石界面之间的化学键和微观应力进行了分析。形核过程中,可以通过衬底施加负偏压提高金刚石形核密度,本文认为偏压增强形核(BEN)法的主要机理是C原子浅注入于Ir功能层的亚表面,并以此为基础,计算了偏压范围,能够与实验结果很好地符合。当C原子浓度增加时,对C原子析出和初级晶核形成的过程进行了解释。在金刚石生长过程,给出了金刚石在Ir(100)的生长过程中的能量和构型变化,并认为在生长过程中,应控制碳源浓度,使得晶核与晶核间间隙尺寸相当,有利于晶核后续的连接。同时,形成的晶核取向一致性良好,晶粒之间夹角较小(<4°)时,可以形成取向一致生长。本文利用脉冲激光沉积方法制备了Si/TiN/MgO叠层,为衬底尺寸扩大提供了可能,其中提出了薄膜制备过程的技术参数之间的协同作用等理论。在MgO单晶片上利用电子束蒸镀方法外延了高质量、表面原子级平滑的Ir(100)薄膜,并继续利用微波等离子体辅助化学气相沉积系统进行了金刚石的形核和生长。在金刚石生长过程中,可以观察到晶核的形成与聚集、晶界的连接等过程,很好地支持了模拟结果,证明了Ir功能层对金刚石外延生长的有益作用,对金刚石异质外延生长过程进行了完整的描述,指导了外延过程中技术参数的选择。同时,提出了外延可互换性的概念,并在金刚石衬底上外延了Ir(100)薄膜,为后续异质外延辅助同质形核、衬底图形化等应用提供了研究基础。
刘祎[2](2021)在《氢在碳材料中的行为研究》文中进行了进一步梳理现在高速发展的世界,新能源的寻找任务十分紧迫,聚变热核反应作为一种可以产生高额能量产出的物理反应,是一种不产生核废料的清洁反应,成为一种理想的能量来源。氢及其同位素是聚变反应中的关键物质。与常规化石能源不同,氢作为一种二次能源,需要通过能量的转化从其他能源中制取。作为一种能源,氢具有很多优秀的特点。而在聚变热核反应中,碳材料是一种常见的面向等离子体材料(Plasma Facing Materials,PFM),经常与氢离子(质子)直接接触,其优势在于其活性低、热导率高、相对低Z元素它的成本低、相对高Z元素对等离子体的运行影响小。碳在自然界有两种重要的晶态方式:sp3杂化与sp2杂化,组成金刚石的化学键是以sp3键的微观电子云存在;石墨的化学键是以sp2键的微观形态结合。可以看到氢与不同碳基材料的相互作用具有特别的理论研究价值。基于探究氢与碳基材料的相互作用目的,本文工作包含两个主要部分:第一部分为金刚石的气相生长技术和氢离子注入实验,第二部分为基于第一性原理软件Materials Studio 2019的对微观建模的石墨与金刚石材料进行氢滞留模拟。在第一部分中,通过热丝化学气相沉积在石墨样本表面制备了金刚石薄膜,并且一系列表征办法对金刚石薄膜品质进行了表征分析。在薄膜样品中出现了天然金刚石的本征峰,并且存在少量非金刚石组分,说明实验成功在200×200×10 mm的石墨表面实现了金刚石化。之后,将下列两种样本:石墨样本、热丝化学气相沉积法制备了人造金刚石薄膜的样本,表面经200e V氢离子辐照10小时分别进行了氢离子注入实验,再通过表征手段分析获得的实验结果,得到结论:氢离子刻蚀后,石墨中的缺陷明显增加;在氢离子注入实验中,金刚石中的小颗粒和石墨成分将优先被刻蚀,而FTIR光谱中的C-H峰对比石墨明显减弱,对比石墨样本,说明抗氢蚀能力的提高,制备了金刚石薄膜的石墨表面氢滞留降低;在石墨表面沉积的人造金刚石薄膜在氢离子注入下可以有效地保持结构稳定,说明在石墨表面沉积的人造金刚石薄膜能够提高材料抗氢离子刻蚀性能。在第二部分中,使用Materials Studio 2019软件进行仿真模拟,核心内容是构建了体内氢滞留条件下的石墨(110)、体内氢滞留条件下的石墨(002)、体内氢滞留条件下的金刚石(111)和体内氢滞留条件下的金刚石(110)四种超胞(supercell)模型并切割出表面,并对各个结构进行了中精度的Geometry Optimization操作,后续计算并导出了差分电荷密度场、布居分布等数据。根据导出的模拟数据,分析氢对石墨/金刚石两种材料的微观影响。我们得到:氢通过改变了石墨的局部结构,并以与某些碳原子形成电子交流的方式滞留在石墨材料中;相比于石墨(110)结构,石墨(002)结构的氢滞留对本身的石墨层状结构影响更小;sp2杂化层状结构下可以滞留氢原子,但对于金刚石而言氢的滞留需要额外付出很大代价,如结构代价和能量代价,即想要在金刚石材料的前提下滞留一个氢需要的能量比在石墨中大得多;对氢原子不施加阻力的情况下,氢可由金刚石体内“运动”到了表面才令整体能量降为最低。结合第二章中两个实验获得的结论和第三章中软件模拟得到的结果,可以给氢离子注入实验的结论提供微观的理论支持,做出进一步阐释,证实了氢与两类碳基材料微观的相互作用,为新型PFM的开发提供了可靠思路。
郑宇亭[3](2021)在《金刚石表面状态控制及应用基础研究》文中研究说明金刚石优异的综合性能使其能够应用于机械、传热、光学和半导体等诸多领域。平整光洁的表面、可控的表面/亚表面缺陷以及表面键态是实现上述应用的前提。然而,金刚石高的硬度和优异的物理化学稳定性导致其表面加工和可再造性差而无法轻易满足各种功能应用需求。因此,金刚石的表面状态控制及以应用为导向的基础研究具有重要意义。本文采用高速三维动态摩擦抛光(3DM-DFP)、氧基等离子体及氢等离子体对金刚石进行表面状态控制研究。作为高效实现金刚石表面控制的方法,多晶及单晶金刚石表面经3DM-DFP的动态摩擦及铁、氧催化氧化最终可使其表面粗糙度可<5 nm甚至1nm。疲劳及能量持续输入导致金刚石形成包括{111}晶面均匀解理层、过渡层和压缩带的近10 μm亚表面损伤。伴随新产生的1425 cm-1,2200cm-1,1750 cm-1和2100 cm-1拉曼特征峰来自于准sp2+sp3无定型结构、碳-空位局部缺陷和sp1相。在太赫兹频率波段下非金刚石相的本征吸收及缺陷散射效应导致了其介电常数的显着降低。等离子体刻蚀则被认为是可以无损伤地实现金刚石表面控制的有效技术。氧基电感耦合等离子(ICP)刻蚀实现金刚石表面调控时,添加辅助气体以及不同的等离子体条件控制对金刚石刻蚀速率及表面状态起决定作用。多晶金刚石黑膜在10%CHF3条件下以4.6 μm/min的刻蚀速率得到了 2.3 nm的表面粗糙度,并对应于最高比例的C-O-C对称键态结构。同时单晶金刚石以0.23μm/min的刻蚀速率实现表面粗糙度<0.5 nm的均匀表面微结构。而针状表面形貌的产生是由于金刚石(111)晶面以及缺陷、孪晶界的优先刻蚀效应。所产生的反式聚合物会在含Cl或H条件下消失,氯化物(sp2 C-Cl)的形成及未出现的氟化物也导致了刻蚀结果的差异。此外,氢等离子体能够有效控制金刚石表面形貌的同时形成的表面C-H键而产生空穴导电。基于氢化后平整金刚石膜的溶液栅极场效应晶体管(SGFET)结构,在不同的溶液中呈现出不同的Ⅰ-Ⅴ响应。表面C-H键在KHP+NaOH+H2SO4混合溶液中随电压升高而发生C-H键反应损伤,电阻从13.57 kΩ增至95.78 kΩ,电流从饱和的1 ×10-4 A/V降至5×10-5 A/V。将该SGFET结构作为电极在无机酸中通过负电势线性扫描后恢复表面C-H键态,电阻从94.33 kΩ降至30.46kΩ,电极电流从6×10-6A升高至1.6×10-5A,并表现出液态环境下更为灵敏的I-V响应,且未产生任何平整度损伤和反应生成物。
龙雯静[4](2020)在《硅纳米线/金刚石薄膜制备、超疏水与抗海洋生物附着性能研究》文中研究指明在抗生物附着领域,与传统的毒性涂料和新型的生物酶相比,超疏水材料具有无毒、环境友好和性质稳定等优势,因此受到广泛研究和应用。超疏水材料因具有极低的表面能和粗糙的表面形貌,水滴在其上呈球状难以铺展。由此推测,这一性质将使海洋微生物难以在其表面进行粘附生长。目前制备超疏水表面的主要思路之一是在有序的粗糙表面上覆盖低表面能薄膜。膜层材料主要为硅烷类有机物和含氟聚合物,其存在强度低、膜基结合力弱等缺点。此外,粗糙有序形貌的构建是通过电沉积,印刷模板法来实现,电沉积具有成本低的特点,但是其制备的形貌具有较大随机性,表面润湿性不够稳定;印刷法提高了精确度和重复性,但流程复杂,成本高昂。金属辅助法制备的多孔硅纳米线阵列取向一致,孔洞大小可调;同时该方法流程简单,重复性好,成本较低,可作为有序多孔的基体材料;金刚石薄膜具有低表面能,高强度、稳定的化学性质、无毒害等特点,具有抗生物附着的潜质,但目前缺乏相关研究。因此本文采用金属辅助法制备硅纳米线阵列并沉积金刚石薄膜,研究其表面润湿性和抗生物附着性能,具体工作如下:(1)使用HF和AgNO3溶液及HF和H2O2溶液对单晶硅基底进行刻蚀,得到多孔硅纳米线阵列。通过SEM和接触角测量仪等表征检测手段,系统研究反应时间对纳米线长度和阵列孔洞的影响,以及分析形貌的几何参数对润湿性和抗生物附着性能的影响。结果表明,刻蚀后纳米线阵列具有超亲水性,短时间刻蚀带来的纳米线长度较短的阵列接触角更大,但浸泡在小球藻培养液中结构发生整体性破坏。(2)使用MWCVD的氢等离子体对纳米线阵列进行表面改性,并调整反应气体压强这一参数来改变处理工艺。通过XPS的分峰拟合分析改性前后化学终端的变化情况,利用SEM观察等离子体处理对形貌的影响,及利用荧光成像研究表面终端改变对纳米线的生物附着的变化。发现氢等离子体具有微弱的刻蚀作用,但形貌整体变化不大,疏水性和抗生物附着性能的提高主要是由于氢终端的引入和增多。(3)在氢气中添加甲烷形成H2/CH4混合等离子体,调整两者比例和气压参数对纳米线阵列进行表面改性。通过Raman光谱研究预种金刚石晶种对沉积薄膜物相的影响,及金刚石的相对含量随反应参数的变化规律;利用TEM研究薄膜的精细物相结构;通过SEM和荧光成像研究预处理和反应参数对改性纳米线的生物附着行为的影响。金刚石的相对含量降低以及膜层增厚带来的形貌变化均导致接触角减小。结合接触角和表面能计算结果可得出:金刚石表面能低于石墨,前者的存在有利于接触角的增大和生物附着的减少,但膜层增厚导致的结构几何尺度增大却使接触角减小。在气压为30 mbar和含有3%CH4气氛中制备的金刚石薄膜修饰纳米线阵列为超疏水表面(156.7°),该样品表面生物附着量极少,同时具有纳米线结构完好未被破坏,具有相对最佳的抗生物附着性能。
许平[5](2020)在《CVD金刚石膜辐射探测器的研制与性能研究》文中进行了进一步梳理随着核技术的广泛应用,核辐射探测器所面临的应用环境也变得越来越苛刻。辐射防护及辐射环境的安全可控也变得越来越重要。传统的半导体材料如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等制成的半导体核辐射探测器,已经难以满足核裂变、核聚变、加速器、外太空等高温、高辐射环境下安全服役的要求,必须寻找新的材料制作新一代核辐射探测器。金刚石具有优异的光、电、热、机械及抗辐照性能,己成为制作新一代辐射探测器的首选材料。探测器级金刚石膜的制备、金刚石探测器的研制、各种辐射环境中金刚石膜探测器的应用,已经成为国内外辐射探测技术领域比较热门的课题。由于辐射探测技术往往与国防建设等有着直接密切的关系,目前人工合成高品质的金刚石及金刚石探测器核心技术,主要掌握在奥地利、美国的少数几家公司手中,我国使用的一些高品质金刚石探测器依赖于进口。研制用于强辐射环境下的高品质金刚石探测器,掌握自主知识产权,有利于实现核心部件的国产化。本文简要阐述了核辐射的概念、四种常见核辐射的探测原理、三类辐射探测器及探测器主要的性能指标、金刚石探测器的三个优势特点。重点介绍了国内外金刚石探测器相关的研究进展,通过分析金刚石探测器对带电粒子、中子探测的工作原理、金刚石探测器的性能指标、制作方法等,归纳总结出了金刚石探测器的制备所面临的难点和解决办法。最为突出的困难是:人造金刚石膜是有缺陷的晶体材料,材料品质难以达到探测器理想性能的要求。解决办法一是优化制备工艺过程参数提高金刚石膜的纯度并减少晶界缺陷,满足探测器的要求。二是设计制备多样化的金刚石探测器电极结构,满足不同环境安全服役的需求。本文采用优化了的电子辅助化学气相沉积装置(Electron Assisted Chemical Vapor Deposition,EACVD)制备了探测器级金刚石膜。依据各种服役环境的需求,研制了X射线、中子、磁脉冲等三种金刚石膜探测器。并分别在Z箍缩X射线、核聚变中子辐射、大脉冲电流强磁场辐射环境下,进行了一系列探测、实验评价。本文采用蒸发率明显低于钨、热电子发射率要比钨高近1个数量级的钽热丝替代原EACVD装置中的钨热丝,并将钽热丝阵列丝间距优化减至4mm、热丝均匀等离子体面积优化增至60mm×60mm;将原EACVD装置中的沉积台冷却水道优化为环状细流道,以提高金刚石膜沉积台温度均匀性;将原EACVD装置中的直流放电模式优化为脉冲放电模式,抑制电弧放电以减少热丝溅射形成的膜杂质,并制备出了晶粒尺度达百微米级的高纯度金刚石膜。针对Z箍缩装置X射线探测的特点,本文将叉指宽度为25μm、相邻叉指间距为25μm的叉指电极,印在60mm×60mm×500μm的晶粒尺度百微米级高纯金刚石膜上,制成X射线探测器,并在Z箍缩强X射线装置上进行了实验测量,验证了该金刚石探测器具有良好的鲁棒性,可应用于高能量脉冲X射线探测。本文采用4.5mm×4.5mm×500μm的单晶金刚石膜和由一个平板金电极与一个轨道形金电极形成的三明治结构,研制出了用于氘氚聚变中子探测的金刚石中子探测器。电场分布数值模拟结果表明该结构电极附近电场明显增强,单位面积的电极收集的电流强度也增强了2倍;在30kV/cm的电场下,实测的探测器暗电流小于0.1nA;该探测器测量的D-T聚变中子源通量约为7.5×105/(s.cm2),并测到了中子能谱12C(n,α)9Be反应的中心为8.28MeV的特征峰,其能量分辨率优于1.69%;同时还检测到了一个中心能量为6.52MeV的12C(n,n’)3α反应特征峰,其能量分辨率大于7.67%。本文采用优化后的EACVD装置制备了厚度为20μm的多晶金刚石膜作为基体和绝缘材料;利用金刚石膜正反表面上刻印内径、宽度和厚度分别为0.8 mm、50μm和1μm的金环组成两个对称的差分回路研制出了差分磁探针。脉冲磁场的实际测量结果表明,该差分磁探针信号匹配符号反转、显示了良好的共模抑制比、具有ns级时间分辨率和mm级空间分辨率。
严尚飞[6](2020)在《调整金刚石层表面形貌来改善金刚石复合膜使用性能》文中研究表明因具有优异的特性,金刚石复合膜在新型高功率电子器件和精密机械加工等高科技领域正不断被开发和利用。遗憾的是,金刚石层表面形貌不适使得金刚石复合膜使用性能不佳,难以满足工况要求。为改善金刚石复合膜使用性能,本文首先考察了氩气体积比对金刚石层表面形貌的影响,其后利用化学气相沉积技术和磁控溅射技术制备不同金刚石层表面形貌的Diamond/ZnO及Ti/Diamond复合膜,探讨了金刚石层表面形貌对金刚石复合膜使用性能的影响。主要结论有:(1)考察氩气体积比对金刚石层表面形貌的影响。利用化学气相沉积技术在硅基体表面沉积金刚石层,考察了四种氩气体积比(20%、40%、60%、80%)下金刚石层的表面形貌。随氩气体积比增大,金刚石层表面形貌由粒状形貌转变为类团聚体形貌,晶粒尺寸从1.38μm减小至0.12μm,晶粒呈(111)择优取向,表面粗糙度先降低后升高。Ar/(Ar+H2)为60%时,金刚石粒径为0.35μm,金刚石层表面粗糙度最低,为35.2 nm。(2)调整金刚石层表面形貌改善Diamond/ZnO复合膜使用性能。利用射频磁控溅射技术在四种形貌的金刚石层表面上沉积氧化锌层,探究了金刚石层表面形貌对氧化锌层形貌和择优取向的影响机理。(i)金刚石层表面粗糙度变化引起氧化锌形核和颗粒尺寸变化,进而引起氧化锌层形貌变化;(ii)金刚石层择优取向和粗糙度共同影响氧化锌层(002)择优取向度。金刚石层粒径为0.35μm时,Diamond/ZnO复合膜显示出最低表面粗糙度(6.4 nm)和ZnO(002)高择优取向度(2.89),有望满足Diamond/ZnO复合膜基表面波器件的使用性能要求。(3)调整金刚石层形貌改善Ti/Diamond复合膜使用性能。利用中频磁控溅射技术和化学气相沉积技术在FAX38型的钢片和冲针表面沉积Ti/Diamond复合膜。探究了金刚石层形貌对金刚石复合膜冲针使用性能的影响。Ar/(Ar+H2)为60%时,Ti/Diamond复合膜表现出致密、低的粗糙度(68.9 nm)以及的良好的膜基结合强度(25N)等特点,可满足Ti/Diamond复合膜冲针的使用性能要求。
魏超[7](2020)在《基于喷雾冷却—激光刻蚀的金刚石涂层硬质合金衬底复合预处理方法研究》文中指出在硬质合金刀具表面沉积高质量金刚石涂层可显着改善刀具的切削性能,但较差的金刚石涂层-硬质合金衬底膜基结合性能一直制约着金刚石涂层刀具在精密加工领域的推广应用,影响硬质合金衬底与金刚石涂层间结合力的关键因素是硬质合金中钴粘结相的催石墨化作用。两步法可有效的去除硬质合金表面的钴粘结相,是硬质合金衬底预处理最常用的方法之一,然而该方法也存在首环节效率不高、粗化效果不可控、产生大量化学废液等问题。近年来可见大量应用激光直写技术对涂层刀具衬底进行预处理的报导,主要原理是利用激光热源直接将衬底表面粗化或形成特定织构,从而增加涂层与衬底之间的机械咬合力,改善刀具切削性能。激光直接作用于靶材表面会由于热影响区的存在使工件表面产生熔渣、裂纹等缺陷,应采取适当的冷却手段对热影响区范围进行有效的控制。本文针对目前硬质合金刀具预处理中存在的不足,以改善硬质合金衬底上CVD金刚石涂层质量、提高膜基附着强度、探索衬底预处理方法为研究目的,提出喷雾冷却辅助的激光预处理方法,主要内容如下:(1)以金刚石在硬质合金材料表面的生长机理为基础,总结和分析了硬质合金衬底表面金刚石涂层沉积所面临的主要问题。综述了近五年有关硬质合金衬底预处理方法及原理,深入探讨了激光预处理对硬质合金衬底的作用机理及对金刚石涂层沉积质量的影响;(2)基于离散相(DPM)模型开展了喷雾冷却换热的数值计算研究,建立了喷雾冷却模型,模拟了不同雾化压力、喷嘴孔径、喷嘴倾角及高度对喷雾雾化特性及冷却特性的影响;(3)应用响应曲面回归分析开展了硬质合金表面喷雾-激光复合预处理实验研究。分析了预处理工艺参数对衬底预处理效果的影响规律及各因素间的交互作用情况。定义了一个预处理质量因子Qi以量化的评价预处理效果;(4)通过响应曲面回归构建了响应结果的预测模型,采用最速上升法进行预处理工艺寻优,对预测模型的可靠性进行了实验验证;通过金刚石涂层沉积实验证明了预处理质量因子Qi作为评价预处理效果标准的适用性。图[71]表[27]参[186]
王家乐[8](2019)在《硼离子注入微晶金刚石薄膜的微结构及光学性能研究》文中研究指明金刚石的光谱透过范围宽,折射率高(2.4),光交换性能好,在中红外区域波长范围内的光衰减低于1 dB/cm其禁带宽度远大于同族元素硅和锗,在蛋白质等特征光谱范围(1500-1800 cm-1)表现出较低的光学吸收率,不易吸收光信号激发载流子而导致信号损失。同时,金刚石的质量轻,生物相容好,耐腐蚀性极强,宽禁带可使其在极端温度下正常工作,高热导系数能及时传导出光电器件工作时产生的高热量。基于以上优异的性能,基于金刚石波导器件的马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI),可望应用于高灵敏或制成食品液相检测传感器件。本文采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备出了一系列不同晶粒尺寸的微晶金刚石薄膜(MCD),研究了晶粒尺寸对薄膜光学性能的影响;并通过不同剂量的硼离子注入和不同温度的退火处理,调控薄膜微结构及光学性能,研究了薄膜微结构与光学性能的关系。本文研究的具体结果如下:通过HFCVD系统制备了晶粒尺寸在160-2200 nm的微晶金刚石薄膜,并测试不同薄膜的光学性能,分析其微结构,获得晶粒尺寸、表面粗糙度、金刚石含量等因素对薄膜折射率、消光系数的影响。椭偏光学测试仪(SE)结果表明,晶粒尺寸在160-310 nm范围内的薄膜具有较高的折射率(2.77-2.92)。随着晶粒尺寸增加到620±100 nm,折射率值为2.39-2.47,接近天然金刚石数值(2.37-2.55),并且消光系数值达到最低0.08-0.77。当晶粒尺寸增至2200 nm时,折射率增至2.66-2.81,消光系数增至0.22-1.28。Raman结果表明,所有样品位于1331-1333cm-1处都有明显的金刚石峰,随着晶粒尺寸的增加,金刚石相的含量逐渐增加,反式聚乙炔(TPA)含量减少。同时,粒径为620 nm的MCD薄膜中sp2碳含量显着降低,从而改善了薄膜的光学性能。研究了硼离子注入微晶金刚石(B-MCD)薄膜的微观结构与光学性质之间的关系,以了解不同退火温度对其复折射率的影响。通过SE在380-1000 nm的波长范围内研究B-MCD膜的光学性质。物理模型和拟合结果表明,薄膜的平均厚度约为515 nm。在退火温度较低(~700℃)时,与未退火样品相比,晶界中的TPA含量开始减少,石墨相无序度增加。800℃退火是薄膜光学性能的转折点,薄膜具有较高的折射率(2.29-2.30)和低消光系数(0.04-0.10);在此退火温度下,石墨相更有序,Raman中的金刚石峰更靠近1332 cm-1,其半高宽(FWHM)值减少为7.08,表明金刚石具有更好的晶格结构。随着退火温度升高到900℃时,金刚石峰从7.08增加到9.01 cm-1,表明晶格结构在较高的退火温度下被破坏。X射线光电子能谱(XPS)结果表明,随着退火温度从700℃升至800℃时,sp3的含量从36.7%增加到52.7%,当退火温度进一步升至900℃时,sp3碳的含量下降至43.9%,这表明薄膜表面的非金刚石相在800℃退火的情况下达到最低,这对光学性能的提高有明显的作用。在MCD薄膜中注入不同剂量的硼离子,系统研究了硼离子注入剂量对薄膜微结构和光学性能的影响。结果表明,未退火状态下,随着表面离子注入剂量的升高,薄膜表面杂质相含量增加。在较高剂量的离子注入过程中,离子注入对金刚石晶粒结构的破坏作用较严重,退火处理后,样品中TPA含量降低,金刚石晶格中的部分缺陷被修复,薄膜中金刚石相含量有所增加。当掺杂浓度为1013cm-2样品的折射率在2.28-2.30之间,与其他掺杂浓度样品相比,更接近天然金刚石折射率2.45,霍尔系数为-4.18×104 cm2·C-1,Hall迁移率为61 cm2·V-1·s-1,表现出较好的n型电导能力。基于以上结果,我们通过调控金刚石薄膜的注入剂量对光学性能的影响,为制备金刚石基波导器件的研究有十分重要的意义。
曹晔[9](2019)在《磷掺杂金刚石薄膜的形成机理与制备研究》文中提出为了探究磷(P)元素在掺杂金刚石薄膜中的作用,本文采用第一性原理计算和微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)实验制备的方法,对磷掺杂金刚石薄膜的形成机理和制备进行了深入的研究。在理论计算方面,运用第一性原理计算的方法计算了磷置换掺杂金刚石的形成能和能带,研究了磷原子在全氢终止和具有活性位的氢终止金刚石(001)表面上的吸附和迁移行为。根据电荷分布、Bader电荷转移和态密度(DOS)等计算,详细分析了P原子吸附前后P原子和C原子的电荷和磁矩的变化,以及它们之间的成键情况。在实验制备方面,以PH3为掺杂源进行了磷掺杂金刚石薄膜的制备,并通过原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)进行了表征。通过计算和实验,得到以下结果:计算结果表明,磷原子可以以置换的形式进入金刚石晶格,并会引起金刚石晶格的变形。P原子掺入后,使金刚石由间接带隙变为直接带隙,并显示出n型半导体特性。磷原子不能稳定吸附在全氢氢终止金刚石(001)表面,但可以稳定吸附在具有活性位的氢终止金刚石(001)表面,并可以在具有三个活性位的金刚石(001)表面迁移,迁移激活能约为1.72 eV。实验结果表明,PH3的加入对金刚石薄膜的表面形貌有着一定的影响。随着PH3通量的增加,金刚石晶粒取向由(111)变为(110),(110)取向晶粒的尺寸会增大。适量的PH3可以提高薄膜的生长率。
白傲[10](2018)在《大面积光学级纳米金刚石薄膜制备的研究》文中研究表明纳米金刚石优异的物理化学性能,使其具有广泛的应用前景。特别是用在真空窗口领域具有极强的优势。相对微米金刚石薄膜,纳米金刚石薄膜不但具有良好的光学性能,而且其表面更光滑无需后续抛光。故而光学级纳米金刚石膜的制备研究一直是金刚石领域的重要方向。制备大面积光学级纳米金刚石膜的最有效的方法是微波等离子体化学气相沉积,而目前的关键在于稳定优化纳米金刚石膜的沉积环境实现大面积纳米金刚石膜的制备。本文利用1kW石英钟罩式MPCVD设备、韩国Woosinent公司R2.0-MPCVD设备以及75kW 915HZ圆柱形多模腔式MPCVD设备,对纳米金刚石膜的沉积环境及大面积纳米金刚石膜的沉积条件进行系统研究。主要工作如下:1.在高气压条件下利用发射光谱具体研究气压、功率、碳源对等离子体放电状态的影响。研究结果表明在高气压条件下等离子体中C2为主要沉积基团;随气压升高,上升到20kPa时虽然电子温度有所降低,但是C2基团的强度相对Hα、CH、C3基团增加最多同时电子密度最高,表明升高气压到20kPa时能有效的提高沉积速率;随功率上升,电子密度和电子温度上升,同时C2基团强度相对于Hα、CH等基团增加得多,表明增加功率能快速的提高沉积速率但薄膜的质量会下降,所以需要通过减小碳源浓度来降低沉积速率;在高气压条件下甲烷浓度的增加使得Hα基团强度增加大于C2基团,表明甲烷增加能够促进晶粒减小的同时提高薄膜沉积速率和质量,又由于Hα的刻蚀能力有临界值,因此超过一定的甲烷浓度时继续增加甲烷浓度会使得沉积质量降低。2.在自制的1kW石英钟罩MPCVD设备上研究了形核密度对沉积纳米金刚石膜结构及应力方面的影响。结果表明40min形核时,获得的薄膜平整度高,晶粒更小,应力均匀性好,同时晶粒以<220>取向为主。利用韩国Woosinent公司R2.0-MPCVD设备研究了纳米金刚石膜生长结构及透光率的调控。研究结果表明,一定程度上增加气压降低碳源有利于薄膜质量和沉积速率的提高,发现在升高气压到20kPa降低碳源0.5%时获得薄膜质量最好;研究气源对透光率的影响表明H2浓度过大时,薄膜中sp3CHx含量会明显增加,当H2浓度小于10%时薄膜的光学性能最好;研究功率、碳源对透光性影响表明,一定程度上增加功率降低碳源能减少sp3CH2和不饱和碳碳键含量,从而提高薄膜透光率。最终在830W、0.5%碳源浓度下获得直径为30mm、厚度为3μm且透光率达96.4%的纳米金刚石膜。3.在自制的75kW、915Hz多模谐振腔MPCVD设备上,在高气压条件下以100㎜硅片为衬底研究氧气浓度对沉积大面积纳米金刚石薄膜的影响。结果表明氧气浓度低于0.65%时,增加氧气浓度能促进二次形核和促进<220>取向晶粒的生长,同时使得sp3/sp2比值减小即薄膜的结构力学性能得到增强。当氧气浓度超过0.65%时,增加氧气浓度使得刻蚀现象进一步增强,表现为抑制形核而促进晶粒长大同时促进<111>取向的晶粒生长,此外使得sp3/sp2比值减小即薄膜结构力学性能减弱。最终获得均匀性好,直径为100㎜的纳米金刚石薄膜。
二、不同重力取向对金刚石薄膜生长的影响(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、不同重力取向对金刚石薄膜生长的影响(论文提纲范文)
(1)硅衬底/铱/外延金刚石的第一性原理计算及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源、研究目的及意义 |
1.2 单晶金刚石的制备、性质与应用 |
1.2.1 单晶金刚石的制备 |
1.2.2 单晶金刚石的性质与应用 |
1.2.3 单晶金刚石的表面微结构加工 |
1.3 金刚石异质外延生长衬底 |
1.3.1 常用的金刚石外延衬底材料 |
1.3.2 基于铱(Ir)的不同衬底结构 |
1.4 金刚石的形核和生长 |
1.4.1 偏压增强形核(BEN)法与初级核的形成 |
1.4.2 次级核的形成与衬底的表面形貌 |
1.4.3 金刚石外延生长的阶段 |
1.4.4 提高金刚石外延质量的衬底图形化生长方法 |
1.4.5 第一性原理计算研究薄膜生长机理 |
1.5 论文的主要研究内容和方法 |
1.5.1 论文的主要研究内容和意义 |
1.5.2 论文的主要研究方法 |
第2章 计算理论与实验方法 |
2.1 分子模拟与第一性原理计算方法 |
2.1.1 分子模拟的概念 |
2.1.2 第一性原理 |
2.2 密度泛函理论 |
2.2.1 Hohenberg-Kohn定理 |
2.2.2 Kohn-Sham方程 |
2.2.3 交换相关泛函 |
2.3 计算软件与模块 |
2.3.1 Materials Studio软件及其优势 |
2.3.2 模块介绍 |
2.4 实验仪器及制样步骤 |
2.4.1 脉冲激光沉积(PLD)系统 |
2.4.2 电子束蒸镀(e-beam)系统 |
2.4.3 微波等离子体辅助化学气相沉积(MPCVD)系统 |
2.5 测试仪器及方法 |
2.5.1 扫描电子显微镜(SEM) |
2.5.2 X射线衍射仪(XRD) |
2.5.3 原子力显微镜(AFM) |
2.5.4 X射线光电子能谱仪(XPS) |
2.5.5 拉曼光谱仪(Raman) |
第3章 金刚石异质外延底层衬底的生长理论 |
3.1 金刚石异质外延衬底设计 |
3.1.1 衬底设计的理论因素 |
3.1.2 衬底设计的技术因素 |
3.2 Si衬底上生长结构完整的TiN薄膜 |
3.2.1 模型及计算方法 |
3.2.2 TiN(100)的力学性质 |
3.2.3 粘接能与成键特性 |
3.3 TiN薄膜的粘接作用 |
3.3.1 模型及计算方法 |
3.3.2 界面吸附能与构型 |
3.3.3 布居分析 |
3.3.4 界面的电子结构与态密度 |
3.4 本章小结 |
第4章 Ir(100)功能层对金刚石形核的促进 |
4.1 最初生长阶段Ir-C之间的相互作用 |
4.1.1 模型及计算方法 |
4.1.2 C原子在Ir(100)表面的吸附和脱附 |
4.1.3 浅注入C原子的析出 |
4.2 Ir功能层在金刚石形核过程中的作用 |
4.2.1 C原子与Cu、Ni(100)的相互作用 |
4.2.2 不同衬底上金刚石生长的可行性与实现性 |
4.3 MgO(100)上外延的Ir薄膜 |
4.3.1 模型及计算方法 |
4.3.2 粘接能及界面结构 |
4.3.3 Ir(100)薄膜在MgO衬底上的生长 |
4.3.4 衬底温度和沉积速率的作用 |
4.4 本章小结 |
第5章 Ir薄膜上金刚石形核与生长的模拟计算 |
5.1 CVD法生长金刚石的原理与过程 |
5.1.1 CVD法生长金刚石的原理 |
5.1.2 沉积过程的动力学模拟 |
5.2 偏压增强形核(BEN)法与初级晶核的形成 |
5.2.1 BEN过程中偏压范围选取 |
5.2.2 金刚石初级晶核的形成 |
5.3 金刚石晶核的生长与连接 |
5.3.1 模型与计算方法 |
5.3.2 Ir(100)/Dia(100)界面相互作用 |
5.3.3 金刚石晶核的分步生长 |
5.3.4 金刚石晶粒的连接 |
5.4 纳米晶到单晶:单晶金刚石形核生长过程 |
5.5 本章小结 |
第6章 金刚石异质外延生长衬底制备 |
6.1 MgO(100)衬底上生长的Ir(100)薄膜 |
6.1.1 生长Ir(100)薄膜的实验参数 |
6.1.2 Ir(100)薄膜的表面形貌与粗糙度 |
6.1.3 Ir(100)薄膜的生长质量 |
6.2 Si(100)衬底上生长的结构完整TiN(100)薄膜 |
6.2.1 TiN(100)薄膜的制备参数 |
6.2.2 TiN(100)薄膜的形貌与粗糙度 |
6.2.3 TiN(100)薄膜的结构和价态 |
6.2.4 TiN(100)薄膜的力学性质 |
6.2.5 实验参数的协同补偿作用 |
6.3 Si衬底上生长的TiN(100)/MgO(100)叠层 |
6.3.1 TiN(100)/MgO(100)叠层的制备参数 |
6.3.2 TiN(100)/MgO(100)叠层的形貌与结构 |
6.3.3 TiN(100)/MgO(100)叠层的界面化学键 |
6.3.4 TiN(100)过渡层的作用 |
6.4 本章小结 |
第7章 Ir薄膜上金刚石的形核生长过程 |
7.1 Ir(100)上金刚石的形核 |
7.1.1 金刚石异质外延实验参数 |
7.1.2 施加偏压前Ir-C间的相互作用 |
7.1.3 偏压增强形核(BEN)过程的形核 |
7.2 Ir(100)上金刚石的生长 |
7.2.1 外延金刚石晶核的连接 |
7.2.2 取向不一致的金刚石晶核 |
7.2.3 晶界湮没 |
7.2.4 外延金刚石薄膜的形成 |
7.3 外延可互换性 |
7.3.1 外延可互换性的概念 |
7.3.2 金刚石上外延的Ir(100)薄膜 |
7.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(2)氢在碳材料中的行为研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究工作的背景与意义 |
1.2 碳基材料与氢作用研究历史与现状 |
1.3 计算机材料科学的发展 |
1.4 本文工作 |
第二章 石墨基底生长金刚石层与氢离子注入实验 |
2.1 引言 |
2.1.1 金刚石生长技术 |
2.1.2 氢离子束注入技术 |
2.1.3 本章工作 |
2.2 石墨基底生长金刚石薄膜实验 |
2.2.1 实验方法与实验条件 |
2.2.2 实验结果分析 |
2.3 金刚石薄膜与石墨样本的氢离子实验 |
2.3.1 实验方法与实验条件 |
2.3.2 实验结果分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于第一性原理软件仿真模拟 |
3.1 引言 |
3.1.1 第一性原理 |
3.1.2 密度泛函理论 |
3.1.3 赝势理论 |
3.1.4 软件操作过程简述 |
3.1.5 本章工作 |
3.2 对石墨晶型结构内的氢滞留模拟 |
3.2.1 体内氢滞留条件下的石墨(110) |
3.2.2 体内氢滞留条件下的石墨(002) |
3.3 对金刚石晶型结构的氢滞留模拟 |
3.3.1 体内氢滞留条件下的金刚石(111) |
3.3.2 体内氢滞留条件下的金刚石(110) |
3.4 本章小结 |
第四章 全文总结与展望 |
4.1 全文总结 |
4.2 本文工作创新点与不足之处 |
4.3 后续工作与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
附录一 |
附录二 |
附录三 |
附录四 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(3)金刚石表面状态控制及应用基础研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 金刚石的性能及制备方法 |
2.1.1 金刚石的优异性能 |
2.1.2 金刚石的制备 |
2.1.3 国内外金刚石制备技术的发展 |
2.2 金刚石表面的高效机械平整化控制 |
2.2.1 金刚石的化学辅助机械抛光 |
2.2.2 催化金属辅助摩擦抛光 |
2.2.3 高速动态摩擦抛光 |
2.3 金刚石的等离子体刻蚀表面状态控制 |
2.3.1 金刚石等离子体刻蚀原理 |
2.3.2 金刚石刻蚀形貌演变机制 |
2.3.3 金刚石的氧基等离子体刻蚀表面控制 |
2.3.4 金刚石的氢等离子体刻蚀表面控制 |
2.4 金刚石质量损伤及表面键态对其应用性能的影响 |
2.4.1 质量损伤及表面键态对电磁波环境下介电特性的影响 |
2.4.2 质量损伤及表面键态对表面导电及输运特性的影响 |
3 研究内容和实验方法 |
3.1 研究内容和思路 |
3.1.1 研究内容 |
3.1.2 研究思路 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 金刚石膜片的制备方法 |
3.2.2 金刚石膜片表征方法 |
3.2.3 金刚石的预处理及处理后的表面状态 |
4 金刚石高速机械平整化控制过程及表面键态演变机制 |
4.1 不同质量金刚石膜片的制备及表征 |
4.1.1 金刚石膜片的制备及预处理 |
4.1.2 金刚石膜片的基本物相特征 |
4.2 金刚石膜片的高速平整化控制系统及过程 |
4.3 金刚石高速平整化过程的控制影响因素 |
4.3.1 平整化过程外加载荷的影响 |
4.3.2 平整化过程持续时间的影响 |
4.3.3 平整化过程线性速度的影响 |
4.4 金刚石高速平整化过程控制优化 |
4.5 基于优化高速平整化过程的金刚石膜片表面状态 |
4.6 金刚石高速平整化机制及表面键态演变 |
4.7 本章小结 |
5 高速机械平整化金刚石质量损伤精细分析及对应用响应的影响 |
5.1 金刚石高速平整化所致亚表面损伤的演化分析 |
5.2 金刚石动态抛光质量损伤的拉曼光谱精细分析 |
5.3 不同质量多晶金刚石的亚表面损伤分析 |
5.4 金刚石质量损伤的太赫兹精细分析及响应 |
5.4.1 金刚石膜片损伤控制及质量分析 |
5.4.2 金刚石太赫兹超精细质量分析应用测试系统 |
5.4.3 金刚石质置差异及损伤对太赫兹波段精细吸收响应的影响 |
5.4.4 金刚石质量差异及损伤对太赫兹波段介电响应的影响 |
5.5 本章小结 |
6 金刚石氧基等离子体刻蚀表面形貌演变及状态控制 |
6.1 金刚石制备及表面等离子刻蚀控制 |
6.1.1 金刚石膜片的制备及质量检测 |
6.1.2 ICP反应离子刻蚀控制 |
6.2 金刚石不同氧基体系ICP反应离子刻蚀速率 |
6.3 金刚石不同氧基体系ICP反应离子刻蚀表面形貌控制 |
6.3.1 低偏置射频功率不同辅助气体条件下表面形貌及演变 |
6.3.2 高偏置射频功率不同辅助气体条件下表面形貌及演变 |
6.4 基于优化刻蚀工艺的图形化单晶金刚石表面平整化控制应用 |
6.5 本章小结 |
7 金刚石不同氧基体系等离子刻蚀表面反应与键态 |
7.1 金刚石不同氧基体系ICP刻蚀的化学反应过程 |
7.2 金刚石不同氧基体系ICP反应离子刻蚀的物相及表面键态 |
7.2.1 低偏置射频功率不同辅助气体条件下的物相及表面键态 |
7.2.2 高偏置射频功率不同辅助气体条件下的物相及表面键态 |
7.3 金刚石不同气基体系ICP反应离子刻蚀温度变化 |
7.4 本章小结 |
8 金刚石氢基等离子体表面形貌及半导体化控制 |
8.1 金刚石的制备及质量表征 |
8.2 未半导体化(绝缘)表面键态 |
8.3 金刚石氢等离子体表面状态控制及演变 |
8.3.1 金刚石氢等离子体刻蚀表面形貌控制 |
8.3.2 金刚石表面氢等离子体刻蚀形貌演变机制 |
8.3.3 金刚石表面氢等离子体刻蚀表面状态演变 |
8.4 金刚石表面氢等离子体半导体化及SGFET结构制备 |
8.4.1 金刚石表面氢等离子体半导体化过程控制优化 |
8.4.2 基于表面半导体化金刚石膜片结构设计及制备 |
8.5 本章小结 |
9 金刚石表面碳氢键的应用损伤及无损修复 |
9.1 氢终端金刚石液态环境的直流特性响应 |
9.2 金刚石表面碳氢键的反应损伤 |
9.3 金刚石表面氢终端键无损修复 |
9.3.1 金刚石负电势线性扫描及表面碳氢键的修复 |
9.3.2 表面键态修复后的金刚石性能 |
9.4 金刚石表面化学键反应与修复机制 |
9.5 本章小结 |
10 结论 |
11 创新点 |
12 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(4)硅纳米线/金刚石薄膜制备、超疏水与抗海洋生物附着性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 金刚石概述 |
1.1.1 金刚石的晶体结构 |
1.1.2 金刚石的性质及应用 |
1.2 超疏水表面概述及其制备方法 |
1.2.1 表面接触角 |
1.2.2 滚动角 |
1.2.3 超疏水性形成机理 |
1.2.4 超疏水表面制备方法 |
1.3 硅纳米线性能应用及制备方法 |
1.3.1 硅纳米线相关应用 |
1.3.2 硅纳米线阵列制备方法 |
1.4 海洋生物污损现状及抗生物附着方法 |
1.4.1 海洋生物污损现状 |
1.4.2 抗生物附着方法 |
1.5 本文选题目的、意义和内容 |
1.5.1 本文选题目的和意义 |
1.5.2 本文主要研究内容 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验材料、试剂 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验试剂 |
2.2 实验设备 |
2.3 样品测试表征方法 |
2.4 抗生物附着性能测试 |
第三章 硅纳米线制备及表面润湿性研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验材料及方法 |
3.3 刻蚀前后及H_2等离子处理样品表征结果 |
3.3.1 刻蚀前后微观形貌分析 |
3.3.2 刻蚀前后表面润湿性表征 |
3.3.3 单根纳米线结构分析 |
3.3.4 H_2等离子体处理纳米线微观形貌分析 |
3.3.5 H_2等离子体处理纳米线表面润湿性表征 |
3.3.6 H_2等离子体处理纳米线表面化学键分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 硅纳米线表面金刚石薄膜的制备及润湿性研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.3 改性前后硅纳米线表征结果 |
4.3.1 平面硅片基底金刚石薄膜微观形貌分析 |
4.3.2 平面硅片基底金刚石薄膜成分分析 |
4.3.3 金刚石表面能和石墨表面能 |
4.3.4 SiNWs基底生长金刚石和石墨两相的微观形貌分析 |
4.3.5 CH_4/H_2等离子体处理后纳米线阵列成分分析 |
4.3.6 CH_4/H_2等离子体处理后纳米线阵列表面化学键分析 |
4.3.7 CH_4/H_2等离子体处理后单根纳米线结构分析 |
4.3.8 不同表面物相组成及含量的硅纳米线阵列接触角测量 |
4.4 本章小结 |
第五章 硅纳米线表面金刚石薄膜的抗生物附着性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 宏观形貌分析 |
5.3.2 微观形貌分析 |
5.3.3 小球藻细胞附着定量分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(5)CVD金刚石膜辐射探测器的研制与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与研究内容 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究目的及研究内容 |
1.1.3 研究思路及创新点 |
1.2 核辐射探测原理 |
1.2.1 核辐射 |
1.2.2 带电重粒子与物质相互作用及探测原理 |
1.2.3 快电子与物质相互作用及探测原理 |
1.2.4 X/γ射线与物质相互作用及探测原理 |
1.2.5 中子与物质相互作用及探测原理 |
1.3 常用的核辐射探测器 |
1.3.1 气体探测器 |
1.3.2 闪烁体探测器 |
1.3.3 半导体探测器 |
1.4 辐射探测器的主要性能指标 |
1.5 金刚石辐射探测器的优势 |
1.5.1 金刚石辐射探测器的材料优势 |
1.5.2 金刚石辐射探测器的性能优势 |
1.5.3 金刚石辐射探测器的广泛应用 |
第2章 金刚石辐射探测器的研究 |
2.1 金刚石辐射探测器的国内外研究现状 |
2.1.1 国外研究现状 |
2.1.2 国内研究现状 |
2.2 金刚石辐射探测器的工作原理 |
2.2.1 金刚石带电粒子及电磁辐射探测器的工作原理 |
2.2.2 金刚石中子探测器的工作原理 |
2.3 金刚石辐射探测器的性能指标 |
2.4 金刚石辐射探测器的制作过程 |
2.5 金刚石辐射探测器制备的难点及解决方法 |
2.5.1 金刚石探测器制备的难点 |
2.5.2 解决办法 |
第3章 金刚石膜的制备及EACVD装置的优化 |
3.1 金刚石的性质及类别 |
3.2 金刚石膜的性质及应用 |
3.3 CVD金刚石膜的制备方法 |
3.3.1 金刚石(膜)的制备方法 |
3.3.2 几种常用CVD方法的比较 |
3.4 金刚石膜的表征方法 |
3.5 金刚石膜的成膜机理及EACVD装置优化 |
3.5.1 CVD成膜机理 |
3.5.2 EACVD装置优化 |
第4章 多晶金刚石膜X射线探测器的研制及其在Z箍缩X射线探测中的性能 |
4.1 应用背景介绍 |
4.2 多晶金刚石膜X射线探测器的研制 |
4.2.1 金刚石膜材料的选择 |
4.2.2 金刚石膜的制备 |
4.2.3 金刚石膜的表征 |
4.2.4 金刚石膜的电极制作 |
4.2.5 金刚石膜探测器的封装 |
4.2.6 金刚石膜探测器的电学特性测试 |
4.3 探测器的标定及Z箍缩实验测量结果 |
4.4 小结 |
第5章 单晶金刚石膜中子探测器的研制及其在14.1MeV氘氚聚变中子探测中的性能 |
5.1 应用背景介绍 |
5.2 金刚石中子探测器的研制 |
5.3 D-T核聚变反应中子的探测 |
5.4 小结 |
第6章 CVD多晶金刚石膜脉冲磁场探测器的研制及其探测性能 |
6.1 应用背景介绍 |
6.2 脉冲磁场差分探测器的研制 |
6.3 脉冲磁场差分探测器的测试 |
6.4 小结 |
第7章 总结和展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者攻读学位期间的科研成果 |
致谢 |
(6)调整金刚石层表面形貌来改善金刚石复合膜使用性能(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 金刚石膜研究现状 |
1.2.1 金刚石结构 |
1.2.2 化学气相沉积金刚石膜 |
1.2.3 金刚石膜性能及应用 |
1.2.4 金刚石膜表面形貌的影响因素 |
1.3 选题依据 |
1.4 研究目的和主要内容 |
1.4.1 研究目的 |
1.4.2 研究内容及撰写思路 |
2 实验部分 |
2.1 实验设备 |
2.1.1 热丝化学气相沉积系统 |
2.1.2 射频磁控溅射镀膜系统 |
2.1.3 中频磁控溅射镀膜系统 |
2.2 材料制备过程 |
2.2.1 热丝化学气相沉积金刚石层 |
2.2.2 射频磁控溅射氧化锌层 |
2.2.3 中频磁控溅射Ti过渡层 |
2.3 薄膜表征方法 |
2.3.1 扫描电子显微镜 |
2.3.2 原子力显微镜 |
2.3.3 X射线衍射仪 |
2.3.4 拉曼光谱仪 |
2.3.5 划痕仪 |
3 氩气体积比对金刚石层表面形貌的影响 |
3.1 价键结构分析 |
3.2 晶粒尺寸分析 |
3.3 表面粗糙度分析 |
3.4 择优取向分析 |
3.5 本章小结 |
4 金刚石层表面形貌对Diamond/ZnO复合膜结构和性能的影响 |
4.1 表面形貌分析 |
4.2 表面粗糙度分析 |
4.3 择优取向分析 |
4.4 金刚石层形貌对Diamond/ZnO复合膜形貌和结构影响机理 |
4.5 本章小结 |
5 金刚石层表面形貌对Ti/Diamond复合膜冲针性能的影响 |
5.1 碳钢冲针表面沉积Ti/Diamond复合膜 |
5.2 组分结构分析 |
5.3 表面粗糙度分析 |
5.4 膜基结合力分析 |
5.5 本章小结 |
6 结论 |
6.1 主要结论 |
6.2 主要创新点及意义 |
6.3 存在问题及今后工作建议 |
致谢 |
参考文献 |
个人简历 |
在学期间研究成果 |
(7)基于喷雾冷却—激光刻蚀的金刚石涂层硬质合金衬底复合预处理方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 基于硬质合金衬底的金刚石涂层制备机理 |
1.2.1 金刚石异质外延生长概述 |
1.2.2 硬质合金材料的性质 |
1.3 金刚石在硬质合金表面的生长 |
1.4 金刚石涂层的硬质合金衬底预处理原理及方法 |
1.4.1 影响硬质合金衬底上金刚石薄膜沉积的主要因素 |
1.4.2 硬质合金衬底钴不利相的消除 |
1.5 硬质合金衬底表面织构化 |
1.5.1 金刚石涂层刀具衬底织构化的目的意义 |
1.5.2 织构化刀具切削性能提升原理 |
1.5.3 刀具表面织构的副作用 |
1.5.4 刀具表面织构成形方法及形式 |
1.6 涂层刀具的激光预处理研究概述 |
1.6.1 激光的刻蚀及熔融 |
1.6.2 激光作用对表面钴相的调控 |
1.6.3 激光作用下硬质合金表面衍生物的产生 |
1.6.4 LST技术的其他共性问题 |
1.7 本文主要研究内容 |
1.8 本章小结 |
第二章 喷雾冷却换热的数值模拟 |
2.1 引言 |
2.2 喷雾冷却换热机理 |
2.2.1 临界区—膜态沸腾区 |
2.2.2 两相区—核态沸腾区 |
2.2.3 单相区—无沸腾区 |
2.3 喷雾冷却数学模型 |
2.3.1 连续相模型 |
2.3.2 湍流模型 |
2.3.3 离散相模型 |
2.3.4 壁膜模型 |
2.3.5 其他初始条件设置 |
2.4 喷嘴参数对冷却换热的影响 |
2.4.1 雾化压力对喷雾冷却特性的影响 |
2.4.2 喷嘴孔径对喷雾冷却特性的影响 |
2.4.3 喷嘴高度对喷雾冷却特性的影响 |
2.4.4 喷嘴倾斜角度对喷雾冷却特性的影响 |
2.5 本章小结 |
第三章 实验材料、设备及方法 |
3.1 引言 |
3.2 实验流程 |
3.2.1 总体介绍 |
3.2.2 实验可行性分析 |
3.3 激光预处理实验材料及设备 |
3.3.1 刀具材料 |
3.3.2 激光加工实验设备 |
3.3.3 喷雾冷却系统介绍 |
3.3.4 酸洗刻蚀溶液配方 |
3.4 金刚石涂层沉积实验设备及工艺 |
3.5 实验方案设计与表征 |
3.5.1 单因素实验 |
3.5.2 响应面分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 喷雾条件下激光预处理实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 单因素对硬质合金衬底预处理的影响 |
4.2.1 激光输出功率对硬质合计衬底表面预处理的影响 |
4.2.2 激光扫描速度对硬质合计衬底表面预处理的影响 |
4.2.3 激光扫描间距对硬质合计衬底表面预处理的影响 |
4.2.4 喷雾冷却对激光预处理结果的影响 |
4.3 预处理效果响应结果的简化 |
4.3.1 粗糙度及钴相含量对预处理结果影响的初步分析 |
4.3.2 激光预处理效果因子Qi的定义 |
4.4 激光预处理参数对硬质合金表面质量的响应曲面分析 |
4.4.1 响应曲面分析中各因素水平的选择 |
4.4.2 预处理参数对衬底表面粗糙度的响应面回归分析 |
4.4.3 预处理参数对衬底表面钴相含量的响应面回归分析 |
4.5 基于响应曲面分析的激光预处理工艺参数优化 |
4.5.1 激光参数对预处理质量影响的响应面回归设计 |
4.5.2 模型方差分析及改进 |
4.5.3 残差及效应因子分析 |
4.5.4 预处理工艺参数的优化(Q_i寻优,望大) |
4.6 模型实验验证 |
4.6.1 回归模型可靠性验证 |
4.6.2 金刚石涂层沉积实验验证 |
4.7 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 工作存在的不足及展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要成果和荣誉 |
(8)硼离子注入微晶金刚石薄膜的微结构及光学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 金刚石的结构、性能及应用 |
1.2.1 金刚石结构 |
1.2.2 金刚石性能及应用 |
1.3 金刚石薄膜的掺杂与制备 |
1.3.1 金刚石薄膜的制备 |
1.3.2 金刚石薄膜的掺杂 |
1.4 椭圆偏振光概述 |
1.4.1 椭圆偏振仪简介及发展 |
1.4.2 椭圆偏振光原理及特点 |
1.5 研究目标与内容 |
第二章 微晶金刚薄膜晶粒尺寸及表面粗糙度对光学性能的影响 |
2.1 引言 |
2.2 实验方法与测试表征 |
2.2.1 热丝化学气相沉积系统 |
2.2.2 其它实验仪器及实验试剂 |
2.2.3 实验衬底的预处理 |
2.2.4 不同晶粒尺寸金刚石薄膜的制备 |
2.2.5 MCD薄膜的测试与表征 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 场发射电子扫描电镜(FESEM)表面形貌分析 |
2.3.2 原子力显微镜(AFM)显微结构分析 |
2.3.3 不同晶粒尺寸MCD薄膜光学性能分析 |
2.3.4 不同晶粒尺寸MCD薄膜物相组成分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 退火温度对硼离子注入MCD薄膜光学性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法与测试表征 |
3.2.1 硼离子注入MCD薄膜的制备及实验方案 |
3.2.2 硼离子注入MCD薄膜的测试与表征 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 退火温度对MCD薄膜光学性能分析 |
3.3.2 不同退火温度MCD薄膜Hall效应测试 |
3.3.3 场发射电子扫描电镜(FESEM)测试 |
3.3.4 AFM显微结构分析 |
3.3.5 退火温度对MCD薄膜相组成分析 |
3.3.6 退火温度对MCD薄膜化学键成分分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 掺杂浓度对硼离子注入MCD薄膜光学性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法与测试表征 |
4.2.1 硼离子注入MCD薄膜的制备及实验方案 |
4.2.2 硼离子注入MCD薄膜的测试与表征 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 场发射扫描电子显微镜(FESEM)测试 |
4.3.2 不同掺杂浓度MCD薄膜Hall效应测试 |
4.3.3 不同掺杂浓度对MCD薄膜光学性能分析 |
4.3.4 不同掺杂浓度MCD薄膜相组成分析 |
4.3.5 不同掺杂浓度MCD薄膜化学键成分分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 本文工作总结 |
5.2 本文主要创新点 |
5.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
1 作者简历 |
2 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
3 参与的科研项目及获奖情况 |
学位论文数据集 |
(9)磷掺杂金刚石薄膜的形成机理与制备研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 金刚石薄膜的发展 |
1.1.2 掺杂纳米金刚石薄膜 |
1.2 磷掺杂纳米金刚石薄膜 |
1.3 存在问题 |
1.4 课题研究的目的、意义及内容 |
1.4.1 课题研究的目的及意义 |
1.4.2 课题研究的内容 |
第二章 理论及研究方法 |
2.1 第一性原理研究 |
2.2 薛定谔方程和密度泛函理论 |
2.3 VASP软件包 |
2.4 实验方法 |
第三章 磷置换掺杂金刚石形成能和能带的计算 |
3.1 计算细节 |
3.2 金刚石能带的计算 |
3.3 磷置换掺杂金刚石的缺陷形成能计算 |
3.4 磷置换掺杂金刚石能带计算 |
3.5 小结 |
第四章 磷原子在氢终止金刚石(001)表面的吸附和迁移行为 |
4.1 磷和碳单原子能量的计算 |
4.2 计算方法与模型 |
4.3 在全氢氢终止金刚石(001)表面P原子的吸附行为 |
4.4 在具有一个活性位的氢终止金刚石(001)表面P原子的吸附行为 |
4.5 在具有两个活性位的氢终止金刚石(001)表面P原子的吸附和迁移行为 |
4.6 在具有三个活性位的氢终止金刚石(001)表面P原子的吸附和迁移行为 |
4.7 P与B、N、Si、S原子在氢终止金刚石(001)表面的吸附和迁移比较 |
4.7.1 在0ORS模型中吸附行为比较 |
4.7.2 在1ORS模型中的吸附行为比较 |
4.7.3 在2ORS模型中的吸附行为比较 |
4.7.4 在3ORS模型中迁激活能的移比较 |
4.8 小结 |
第五章 磷掺杂金刚石薄膜的制备 |
5.1 金刚石薄膜的制备 |
5.2 磷掺杂金刚石薄膜的制备和检测 |
5.2.1 磷掺杂金刚石薄膜的AFM检测 |
5.2.2 磷掺杂金刚石薄膜的SEM检测 |
5.2.3 磷掺杂金刚石薄膜的拉曼检测 |
5.3 小结 |
第六章 结论和展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
索引 |
在学研究成果 |
致谢 |
(10)大面积光学级纳米金刚石薄膜制备的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 纳米金刚石的结构 |
1.2 纳米金刚石特性及应用 |
1.2.1 纳米金刚石特性 |
1.2.2 纳米金刚石的性能应用 |
1.3 MPCVD法制备纳米金刚石膜 |
1.3.1 纳米金刚石膜生长机理 |
1.4 本文研究的目的意义以及研究内容 |
第二章 实验装置及表征方法 |
2.1 实验设备 |
2.1.1 1kw石英钟罩式MPCVD设备 |
2.1.2 Woosinent-R2.0型MPCVD装置 |
2.1.3 自制75kW环形天线式MPCVD设备 |
2.2 纳米金刚石膜表征方法 |
2.2.1 激光拉曼光谱 |
2.2.2 X射线衍射 |
2.2.3 扫描电子显微镜 |
2.2.4 傅立叶红外光谱 |
2.2.5 等离子体发射光谱 |
第三章 等离子体的放电特征研究 |
3.1 高气压对等离子体特征研究 |
3.1.1 气压对活性基团影响 |
3.1.2 气压对电子密度影响 |
3.1.3 气压变化对电子温度影响 |
3.2 高气压下微波功率对等离子体特征影响 |
3.2.1 功率对活性基团影响 |
3.2.2 功率对电子密度的影响 |
3.2.3 功率对电子温度影响 |
3.3 高气压下甲烷浓度等离子体特征研究 |
3.4 本章小结 |
第四章 高气压条件下光学级纳米金刚石薄膜的可控性生长研究 |
3.1 形核密度对生长纳米金刚石膜的影响 |
3.1.1 形核密度对表明形貌的影响 |
3.1.2 形核密度对晶粒状态的影响 |
3.1.3 形核密度对薄膜应力的影响 |
3.2 纳米金刚石膜生长结构的控制研究 |
3.2.1 形貌及质量的控制研究 |
3.2.2 晶粒尺寸的控制研究 |
3.3 纳米金刚石膜透光率调控研究 |
3.3.1 气源状态对光透过率研究 |
3.3.2 纳米金刚石膜光学性能的调控研究 |
3.3.3 薄膜取向对透光率的影响研究 |
3.4 本章小结 |
第五章 高气压高功率下生长大面积纳米金刚石薄膜的研究 |
5.1 高气压高功率下纳米金刚石膜均匀性的研究 |
5.1.1 大面积金刚石膜的表面形貌分析 |
5.1.2 大面积金刚石膜的质量分析 |
5.2 高气压高功率下氧气浓度对纳米金刚石膜结构质量的影响研究 |
5.2.1 氧气浓度对纳米金刚石膜形貌的影响 |
5.2.2 氧气浓度对纳米金刚石膜质量的影响 |
5.2.3 氧气浓度对纳米金刚石膜生长取向的影响 |
5.3 本章小结 |
第六章 全文总结及展望 |
论文创新点 |
参考文献 |
攻读硕士期间已发表的论文 |
致谢 |
四、不同重力取向对金刚石薄膜生长的影响(论文参考文献)
- [1]硅衬底/铱/外延金刚石的第一性原理计算及实验研究[D]. 王杨. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [2]氢在碳材料中的行为研究[D]. 刘祎. 电子科技大学, 2021(01)
- [3]金刚石表面状态控制及应用基础研究[D]. 郑宇亭. 北京科技大学, 2021
- [4]硅纳米线/金刚石薄膜制备、超疏水与抗海洋生物附着性能研究[D]. 龙雯静. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]CVD金刚石膜辐射探测器的研制与性能研究[D]. 许平. 南华大学, 2020(01)
- [6]调整金刚石层表面形貌来改善金刚石复合膜使用性能[D]. 严尚飞. 中国地质大学(北京), 2020(11)
- [7]基于喷雾冷却—激光刻蚀的金刚石涂层硬质合金衬底复合预处理方法研究[D]. 魏超. 安徽建筑大学, 2020(01)
- [8]硼离子注入微晶金刚石薄膜的微结构及光学性能研究[D]. 王家乐. 浙江工业大学, 2019(08)
- [9]磷掺杂金刚石薄膜的形成机理与制备研究[D]. 曹晔. 内蒙古科技大学, 2019
- [10]大面积光学级纳米金刚石薄膜制备的研究[D]. 白傲. 武汉工程大学, 2018(08)