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氢等离子体处理对类金刚石膜场发射性能的影响

赵立新 , 彭鸿雁 , 陈玉强 , 罗玉杰 , 陈宝玲 , 徐闰 , 黄健 , 王林军 , 夏义本 , 金曾孙

新型炭材料

采用大功率、高重复频率、准分子激光溅射热解石墨靶制备了类金刚石膜,研究了直流辉光氢等离子体处理对类金刚石膜的场发射性能的影响.结果表明:氢等离子体处理后,类金刚石膜的场发射性能明显提高,其发射阈值电场由26 V/μm下降到19 V/μm.氢等离子体刻蚀除去了类金刚石膜生长表面的富含石墨的薄层,露出的新表面具有较低的功函数;膜表面的悬键被氢原子饱和,进一步降低了电子亲和势,改善了膜的场发射性能.

关键词: 类金刚石膜 , 氢等离子体处理 , 场发射

磁控溅射非晶CNx薄膜的热稳定性研究

李俊杰 , 金曾孙 , 吴汉华 , 林景波 , 金哲 , 李哲奎 , 顾广瑞 , 盖同祥

材料科学与工艺 doi:10.3969/j.issn.1005-0299.2004.01.019

为了研究非晶CNx薄膜的热稳定性,采用射频磁控溅射方法沉积了非晶CNx薄膜样品,并在真空中退火至900℃,利用FTIR,Raman和XPS谱探讨了高温退火对CNx薄膜化学成分及键合结构的影响.研究表明:CNx薄膜样品中N原子分别与sp、sp2和sp3杂化状态的C原子相结合,退火处理极大地影响了CN键合结构的稳定性;当退火温度低于600℃时,膜内N含量的损失较少,CNx薄膜的热稳定性较好,退火温度超过600℃时,将导致CNx膜中大多数C、N间的键合分离,造成N大量损失,膜的热稳定性下降;退火可促使膜内sp3型键向sp2型键转变,在膜中形成大量的sp2型C键,导致CNx膜的石墨化.

关键词: CNx薄膜 , 退火 , 热稳定性 , 键合结构 , 磁控溅射

电流密度对铝合金微弧氧化陶瓷膜显微硬度影响的研究

吴汉华 , 吕宪义 , 龙北玉 , 汪剑波 , 王秀琴 , 金曾孙 , 李哲奎

功能材料

采用微弧氧化技术在铝合金上制备了陶瓷膜.借助于先进的结构和表征手段,系统地研究了阳极电流密度ja和阴/阳极电流密度比jc/ja对铝合金微弧氧化陶瓷膜显微硬度的影响,实验结果表明,对于不同的jc/ja,陶瓷膜的显微硬度都随ja的变化而出现一个峰值,且不同jc/ja的峰值大小(显微硬度)和对应的ja有所不同.当ja=15A/dm2,jc/ja=0.7时,所制备的陶瓷膜显微硬度最高为4300HV.SEM和抗点腐蚀研究表明,jc/ja对陶瓷膜的微观结构和耐腐蚀性能影响很大.

关键词: 微弧氧化 , 陶瓷膜 , 电流密度 , 显微硬度

光子热丝法沉积金刚石膜

彭鸿雁 , 申家镜 , 杨贵龙 , 邵春雷 , 魏雪峰 , 杨广亮 , 金曾孙

功能材料与器件学报 doi:10.3969/j.issn.1007-4252.2001.03.022

采用一种改进的热丝CVD系统沉积金刚石膜。在传统热丝CVD腔中设置一套红外线发 生器，中心波长3.5μm,处于氢与甲烷分子拉伸振动吸收峰位置。由于共振吸收能量使反应气 体分解加强,在反应区获得较高浓度的原子氢和活性碳氢基团，使金刚石膜的生长速率和品质 得到了提高。

关键词: 光子热丝 , 金刚石膜 , 生长速率

金刚石厚膜的晶界对耐磨性的影响

姜志刚 , 冯玉玲 , 纪红 , 郑涛 , 杨传经 , 李博 , 金曾孙

材料研究学报 doi:10.3321/j.issn:1005-3093.2006.03.007

用直流辉光等离子体化学气相沉积制备金刚石厚膜,用氢的微波等离子体对其抛光截面进行刻蚀,研究了晶界对金刚石厚膜耐磨性的影响.结果表明:在金刚石膜的生长过程中,随着甲烷流量的增加,金刚石膜的晶界从纵向排列为主过渡到网状结构,晶粒内部缺陷逐渐增加,杂质、空洞主要分布于晶界处.金刚石膜的磨耗比随着晶界密度、宽度、杂质含量及晶粒内部缺陷的增加而下降.晶界是杂质、空洞主要富集区,是影响金刚石厚膜耐磨性的主要因素.

关键词: 无机非金属材料 , 金刚石厚膜 , 等离子体刻蚀 , 晶界 , 耐磨性

氧等离子体对金刚石膜的刻蚀研究

吕宪义 , 金曾孙 , 郝世强 , 彭鸿雁 , 曹庆忠

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2003.03.005

用微波放电法产生氧等离子体,通过改变系统中氧的浓度和金刚石膜的温度研究了氧等离子体对CVD多晶金刚石膜刻蚀的影响.实验结果表明:随着氧浓度的增加和金刚石膜温度的提高,刻蚀作用加剧;而在较低的氧浓度和金刚石膜温度条件下金刚石膜的晶界处首先被刻蚀,说明金刚石膜的境界处含有较多的非金刚石碳相.并且从等离子体对(100)和(111)面的刻蚀现象可知(100)面的生长是二维生长,(111)面的生长是岛状生长.

关键词: 氧等离子体 , 金刚石膜 , 刻蚀 , 结构特性

金刚石膜中氮杂质状态的研究

金曾孙 , 吕宪义 , 杨广亮 , 吴汉华 , 李哲奎 , 刘建设

功能材料

用EA-CVD(Electron assisted Chemical Vapor Deposition)方法制备出金刚石膜,并且用拉曼光谱、荧光谱、红外吸收谱和顺磁共振谱研究了金刚石膜中的氮杂质.实验结果表明,用EA-CVD方法制备的金刚石膜中氮杂质主要是以Ns0、Ns+、[N-V]0和[N-V]-1的形式存在,没有检测到在天然金刚石和高温高压金刚石中常见的A和B中心形式存在的氮杂质.沉积实验中随着氢气流量的增加,也就是金刚石膜沉积环境中氮浓度的减少,金刚石膜中氮杂质含量减少.

关键词: EA-CVD方法 , 金刚石膜 , 氮杂质

低成本高质量金刚石膜生长技术及热学方面的应用

金曾孙

材料导报

关键词:

稀土化合物浆料对CVD金刚石厚膜的刻蚀

王佳宇 , 金爱子 , 白亦真 , 纪红 , 金曾孙

无机材料学报

ＣＶＤ金刚石厚膜具有极高的硬度，使得对其进行表面抛光极为困难．传统的机械抛光方法既不经济又耗费时间，而一些新的抛光技术又由于实验条件限制而难以推广．针对以上情况，我们寻求到一种新的化学刻蚀方法，即利用稀土化合物浆料对金刚石厚膜生长表面进行刻蚀，破坏表面的晶粒使之成为晶骸，降低表面的耐磨性，以提高表面粗糙的金刚石厚膜的抛光效率．

关键词: CVD金刚石厚膜 , etching , rare-earth compound ink

金刚石膜的氮掺杂行为

李明吉 , 吕宪义 , 孙宝茹 , 李春燕 , 李博 , 金曾孙

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2007.02.016

采用电子辅助化学气相沉积法(EA-CVD)制备了氮掺杂金刚石膜,用SEM、Raman光谱、XPS、EPR等测试手段研究了金刚石薄膜的品质和膜中的氮杂质状态.结果表明,随着氮气流量的增加,金刚石膜的形貌从完整的晶面逐渐变为与(100)面共存的"菜花状",且非晶碳的含量增加,品质下降.金刚石膜中氮以Ns0、[N-V]0和[N-V]-1的形式存在,在较低氮气流量下[N-V]0和[N-V]-1的含量较多,Ns0氮杂质的质量分数在1.50×10-～4.83×10-4之间变化.

关键词: 金刚石膜 , EA-CVD方法 , 膜品质 , 氮杂质