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《武汉工程大学》 2017年
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基于波导耦合反应腔串联的线形微波等离子体源的研究

张田田  
【摘要】:本文总结和比较了不同种类线形等离子体源的结构及应用,在此基础上结合波导耦合反应腔的优势,通过将两个波导耦合反应腔进行串联,设计了一种新型的线形同轴耦合微波等离子体源。研究课题的主要目的是针对长杆状基底材料的几何特征,设计与之匹配的新型线形同轴耦合微波等离子体源。该装置相比于传统线形微波等离子体源的主要区别在于是将两个波导耦合反应腔进行串联,石英管的外侧紧靠波导间不锈钢腔体内壁,而石英管内部则作为等离子体的反应腔室,腔室中心装有钼管作为引导天线。并且在研究过程中对线形微波等离子体源进行优化和改进,使其能在较高气压下得到等离子体长度为11cm、均匀度达到90%以上的线形微波等离子体源。利用优化后的基于波导耦合反应腔串联的线形微波等离子体CVD装置进行了长杆状氧化铍表面金刚石薄膜的沉积实验,综合运用SEM和Raman对氧化铍表面沉积的金刚石薄膜进行了表征分析,结果表明:未经前期预处理的氧化铍表面金刚石膜容易发生脱落现象,主要是由于氧化铍与金刚石的热膨胀系数相差较大,恢复室温后两者收缩不匹配所导致;对氧化铍表面进行HF酸腐蚀处理后,改变了氧化铍表面形貌,形成大量微孔和凹洞,易于金刚石的形核,进而生长后形成连续致密的金刚石薄膜,与此同时微孔中的金刚石晶粒起到了销钉作用,使得金刚石膜不容易发生脱落。碳源浓度与基底温度不仅影响着金刚石膜的质量,同时影响着金刚石膜的连续性和生长速率,基底温度较高时金刚石表面的脱氢速率加快,金刚石的原子堆叠方式快速形成,连续性和生长速率显著提高;此外,基底温度的升高使H原子对非金刚石相的刻蚀作用增强,从而提高了金刚石膜的质量。碳源浓度过高会导致晶界间存在大量无定型碳,使得薄膜表面存在黑斑,金刚石膜的质量也随之降低;而较低的碳源浓度不利于金刚石膜的生长,沉积速率较慢,无法形成连续的金刚石膜。通过分析不同工艺参数下生长金刚石膜的特点,优化工艺参数,在经过HF酸处理的杆状氧化铍表面获得了连续、高质量的金刚石膜,并且通过表征杆状氧化铍表面不同位置处金刚石膜的质量和测量沉积环境的发射光谱,进一步验证了波导耦合反应腔串联的线形微波等离子体源具有较好的均匀性。
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O53;TB383.2

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