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《西安理工大学》 2002年
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金刚石薄膜制备及其在改善电力电子器件热特性方面的研究

张志勇  
【摘要】: 采用辅助偏压热丝CVD技术,制备择优生长的多晶金刚石薄膜,研究了金刚石薄膜的成核及生长机理,并将其应用于功率电子器件的热沉。 将热丝CVD技术与PECVD技术相结合,在薄膜的成核和生长阶段分别给反应区再施加一个直流和射频电场,同时改进反应气体的进气方式,制成具有下列两大特点的金刚石薄膜生长系统:(1)反应功率由热丝和直流电场或热丝和射频电场共同提供,两者互相补充,可精确控制,大大提高了反应区的等离子体密度;(2)能精确控制反应气体的分布、流量及流速。 为了在Si衬底上生长高质量的金刚石薄膜,对在镜面抛光Si表面上的成核进行了深入的实验研究,对衬底偏压(正、负)的增强成核作用给出了自己的解释。总结出了在硅衬底上金刚石成核的最佳工艺条件。 本文还研究了金刚石薄膜的生长工艺问题。在大量实验基础上,总结出了金刚石薄膜稳定生长的工艺条件,即反应气体流量比CH_4/(H_2+CH_4)=2%,N_2/(CH_4+N_2)=15%,热丝温度1950℃,衬底温度800℃,反应室压强5.0×10~3Pa,射频功率100W等。而且通过调节工艺参数,可制备出沿不同晶向择优生长的多晶金刚石薄膜。 采用XRD、TEM、SEM、XPS、AES、LRM等测试分析手段,对实验样品进行了检测分析。XRD和TEM分析结果表明薄膜为金刚石薄膜,其结晶状态强烈受工艺参数的影响;AES分析结果表明薄膜内碳原子纵向分布均匀,纯度很好;椭偏仪测量出在Si衬底上生长的金刚石薄膜在632.8nm波长的折射率在2.40~2.50之间;利用光热偏转法测出金刚石薄膜的热导率在3.83~10.22(w/cm·k),其大小受晶粒生长的取向影响很大;薄膜的电阻率在3.63×10~7~1.32×10~(12)Ω·cm;硬度(HV)在6849.7~9485.5(kg/mm~2)。 将金刚石薄膜应用于功率二极管(横向)的热沉。首先建立了器件的导热模型并进行了计算机模拟,然后将实际器件的测试结果与计算机模拟结果比较,结果表明,由于金刚石薄膜良好的导热性能,使二极管工作状态中的温度有明显的降低。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TN304.055

【引证文献】
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1 欧阳晓平;王兰;范如玉;张忠兵;王伟;吕反修;唐伟忠;陈广超;;金刚石膜探测器研制[J];物理学报;2006年05期
【参考文献】
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【共引文献】
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10 杜丽丽;钛基掺硼金刚石薄膜电极的制备与电化学研究[D];吉林大学;2011年
【同被引文献】
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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1 顾长志,金曾孙,王玉光,庄容书,吕宪义,赵树堂,邹广田;激光修饰金刚石膜的表面抛光技术[J];科学通报;1997年06期
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