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纳米金刚石理论研究与B-C-N薄膜实验合成

庄春强  
【摘要】: 采用密度泛函理论研究不同形状和尺寸的氢钝化纳米金刚石的稳定性以及红外光谱。形成热计算发现八面体形状的纳米金刚石最利于生成,其优先生长晶向为111方向。模拟的红外谱同纳米金刚石的形状和尺寸之间有密切关系。随着尺寸的增加,900-1300 cm~(-1)范围的主要红外峰向高波数方向漂移,而2500-3500 cm~(-1)范围内的C-H红外振动特征呈现相反趋势。由于实验上难以表征纳米尺度金刚石的红外谱同形状以及尺寸之间的关系,因此目前的理模拟结果为实验上表征纳米金刚石的红外振动同形状和尺寸的关系提供理论指导。 采用射频反应磁控溅射方法,以硼和石墨为靶材,在氮气和氩气的氛围当中,通过改变硅衬底温度和偏压,沉积B-C-N薄膜。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征制备的B-C-N薄膜,发现薄膜的组分对温度和偏压参数并不敏感,而衬底在400℃加热的条件下,薄膜当中的键含量发生显著变化。因此在组分大致不变的情况下,通过改变温度和偏压可以调控薄膜当中各种键的含量。薄膜的键含量反映薄膜结构当中原子占位情况,原子占位很大程度上决定材料的物理化学性能,因此通过统计薄膜当中的键含量,为薄膜的表征及物性分析提供了一个新的思路。


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