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PLD制备类金刚石薄膜及其发光特性研究

陈达  
【摘要】:本论文系统研究了采用KrF准分子脉冲激光沉积技术制备无氢类金刚石膜的工艺和性质,通过优化实验参数,获得了质量较高的类金刚石膜,并进一步在氧气氛围中制备了sp~3含量更高的纳米晶金刚石薄膜。这种薄膜中sp~3键全部由C原子组成,具有较高的硬度、较好的化学稳定性和在红外、可见光区优良的透过性等类似金刚石薄膜的性能,具有很高的实用价值。论文的主要内容有: (1) 在不同激光功率密度和衬底温度下制备了无氢类金刚石膜,发现当激光功率密度降低或衬底温度升高时,样品Raman谱中的D峰增强,紫外一可见光透射率降低,光学带隙变窄。室温样品的热稳定性较好,高温样品在退火过程中会发生晶化形成石墨微晶,sp~2成分增多。这说明沉积条件发生上述变化时,样品sp~2相含量增多,sp~2团簇的界域扩大,原子有序性增强。论文用C原子有序化模型解释了上述现象。 (2) 测量了无氢类金刚石膜的光致发光行为,发现低温沉积的薄膜存在可见光区的多个发光峰,而高温样品仅呈现单个较宽的发光峰,发光峰位和强度与Raman谱I(D)/I(G)的比值之间存在稳定的对应关系,样品发光峰随衬底温度升高而增强和红移。论文详细讨论了材料中局域电子状态和载流子的复合机制,认为样品的光致发光是由于不同界域的sp~2团簇中局域载流子的辐射复合而产生的。 (3) 在适当压强的氧气氛中得到了纳米晶金刚石薄膜,薄膜具有较宽的1332cm~(-1)处金刚石的散射峰,说明样品中金刚石含量较高,但晶化程度较低,仅包含有纳米量级的晶粒。论文研究了不同氧气氛压强对薄膜结构和光学性质的影响,分析了氧气在生长过程中重要的化学和热力学作用。


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