掺氮N型纳米金刚石薄膜的制备与S波段微波场发射性能研究.pdf

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1、掺氮N型纳米金刚石薄膜的制备与S波段微波场发射性能研究2012许立硕士材料科学与工程熊鹰副教授ClassifiedIndex:TN304.18-533(1)U.D.C:31SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisThePreparationNTypeDopedNitrogenNanometerDiamondThinFilmandResearchofS-bandMicrowaveFieldEmissionPerformanceGrade:2012Can

2、didate:XuLiAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MaterialScienceSupervisor:XiongYingVice-professorMay.27.2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下（或我个人……）进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何

3、贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：曰期：关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：巧至导师签名：日期：wiW.?,西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要金刚石由于其优异的物理化学性能引起人们的关注，特别是CVD金刚石薄膜技术的发展，通过对金刚石薄膜进行不同杂质的掺杂，获得所需要特定性能的金刚石薄膜

4、，在电子束源以及半导体领域有着非常重要的意义。采用微波等离子体化学气象沉积(MPCVD)方法在单晶Si基底上制备不同生长条件的掺氮N型纳米金刚石(NCD)薄膜，通过场发射电子显微镜(FESEM)、激光Raman光谱、原子力探针显微镜(AFM)和X射线衍射仪分析了所制备样品的表面形貌和组成结构，详细研究了不同反应气压、温度、Ar含量和CH4浓度对掺氮NCD薄膜性能的影响，结果表明：在Ar-CH4-C3H6N6的体系下，随着反应气压和CH4浓度的增加，薄膜的颗粒尺寸和表面粗糙度均先减小后增加，而薄膜中SP2相含量则呈增加趋势；随着

5、反应温度的增加，薄膜中的颗粒尺寸减小，而薄膜中SP2相则先减小，后增加；随着Ar含量的增加，颗粒尺寸和薄膜中金刚石相含量均减少。-5并在脉宽3.2μs、峰值场强极值为85V/μm的微波场以及10Pa真空环境条件下测试分析不同CH4含量制备的掺氮NCD薄膜样品的电场发射特性，并比较了微波场发射前后的SEM和Raman的变化，结果表明：低CH4浓度下制备的掺氮NCD薄膜具有较好的场发射性能，而且所有样品的F-N曲线均为直线，可知这些样品的发射遵循经典的场致发射电子特征规律，在67.7V/m电场下，最高2发射电流密度为144.8m

6、A/cm；比较场发射前后的薄膜表面形貌与物相组成，均变化较小，可知所制备的掺氮NCD薄膜在微波场发射下具有很好的稳定性。关键词：掺氮N型纳米金刚石薄膜微波场发射微波等离子体化学气相沉积西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractDiamondarisespeople’sattentionbecauseofitsoutstandingphysicalandchemicalproperties,inparticularthedevelopmentoftheCVDdiamondthinfilmtechnology,whic

7、hattemptstoobtainthediamondthinfilmofspecificpropertiesbyusingdifferentimpuritiestodopeit,isofgreatsignificanceinboththefieldofelectronbeamsource,andsemiconductors.Adoptthemicrowaveplasmachemicalvapordeposition(MPCVD)methodtopreparedifferentdopedN-typenitrogennanodi

8、amondthinfilms(NCD)depositedonsingle-crystalsiliconsubstrate.Usefieldemissionscanningelectronmicroscopy(FESEM),laserRamanspectroscopy,atom