摘要采用微波等离子体化学气相沉积法（MWPCVD）制备B/C比不同的掺硼纳米金刚石薄膜，通过采用扫描电子显微镜（SEM）、激光拉曼光谱（Raman）、X射线衍射分析法（XRD）和场发射性能测试对薄膜进行表征，实验结果表明，随着B/C比从0ppm到4000ppm的逐步增加，晶型逐渐变得不完整，结晶程度不完全，表面呈现出大小不均一的球簇状，而且表面粗糙度也随之增加，薄膜的沉积速率降低，同时，掺硼可以促进（111）面的生长，在可见拉曼光谱中，出现由Fano效应引起500和1220cm-1特征峰。另外，由于掺硼引起导电性增强、粗糙度增加，缺陷数目增多，导致场发射性能增强。10191
关键词 纳米金刚石薄膜 掺硼 微观结构 场发射
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title The Microstructure and Enhanced Field Electron Emission Properties of Boron-doped Nanocrystalline Diamond films
Abstract
The boron-doped nanocrystalline diamond films were prepared on Si(100) substrates by microwave plasma chemical vapor deposition. Effects of boron concentration on nanocrystalline diamond films have been studied. The dependencies of surface morphology, microstructure, phase composition and field electron emission properties on the B/C ratio were systematically investigated by scanning electron microscope, X-ray diffractometer, visible and UV Raman spectroscopy. With increasing of the boron concentration, the diamond grains gather together forming ball-like clusters with inhomogeneous size, and the nanocrystalline diamond surface become rough. the doped boron atoms can reduction of growth rate and promote the growth of plane (111) surface .It was found that sp2/sp3 ratio of carbon bonds increased, and two peaks located at approximately 500 and 1220cm-1 resulted from Fano interference in the Raman spectra were observed with B/C ratio. Meanwhile, boron doping can improve their field electron emission properties remarkably due to the modification of film morphology, the increase of conductivity,and the introduction of defects.
Keywords Nanocrystalline Diamond Film Boron Doping Microstructure Field Electron Emission
目次
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2金刚石薄膜的结构和特性 1
1.3常见薄膜的制备方法 3
1.4金刚石薄膜的掺杂 5
1.5金刚石的的场发射特性研究 8
1.6金刚石薄膜的发展趋势和应用前景 12
1.7 本文研究内容 12
2实验 13
2.1掺硼金刚石薄膜制备 13
2.2金刚石膜的表征方法 15
3实验结果与讨论 18
3.1金刚石薄膜的表面SEM分析 18
3.2金刚石薄膜的截面SEM分析 19
3.3金刚石薄膜的可见拉曼和紫外拉曼分析 21
3.4 金刚石薄膜XRD分析 25
3.5 金刚石薄膜场发射特性分析 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
1.1引言
金刚石薄膜以其优越的性能成21世纪的新型功能材料。从20世纪80年代初开始，一直受到世界各国的广泛重视，因为金刚石膜具有一系列优异性能十分接近自然界中金刚石，具有最高硬度，高的弹性模量，极低的摩擦系数，极高的热导率，高的室温电阻率，极佳的绝缘性能，又有很高的电子和空穴转移率，并且在较宽的光波段范围内透明，具有较高的禁带宽度，成为新一代的功能半导体材料;同时它还具有极好的耐酸碱，抗腐蚀性是很好的耐蚀材料。作为电极材料它不同于普通的金属电极，因为它表面的共价结构、很宽的带隙和掺杂等，性能大大优于传统的玻璃碳、热解石墨及其他形式的电极；金刚石膜电极有很宽的势窗、很小的背景电流、很高的化学和电化学稳定性、没有有机物和生物化合物的吸附、其电化学响应在很长的时间内保持稳定、耐腐蚀等，可用于对有毒有机化合物的电化学处理，高灵敏度有害化合物的探测及分析，特别是微电极可用于生物细胞组织中核酸及微量成分的测量和监控。金刚石与水介质间有效势垒高达3V(激活碳可用来制备高电容比的电容器。另外，由于微型金刚石电极的稳定性，仅有小的电容漏电流和欧姆电阻变化，因而可在微秒时间尺度内，经由电压测量来研究快速动态过程。这些集力学、电学、热学、声学、光学、耐腐蚀等各种优异性能于一体的薄膜材料在未来全球应用领域中显示出了强大的生命力。 纳米金刚石薄膜微观结构和场发射性能研究:http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_9174.html