曹为
- 作品数：12 被引量：29H指数：3
- 供职机构：武汉工程大学材料科学与工程学院等离子体化学与新材料湖北省重点实验室更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金更多>>
- 相关领域：化学工程理学核科学技术天文地球更多>>
- 高温高压金刚石衬底上的同质外延生长研究被引量：2
- 2014年
- 在自主研发的小功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置上利用高温高压(HPHT)单晶金刚石片为衬底进行了金刚石同质外延生长的研究。研究了甲烷浓度、工作气压对金刚石生长速率的影响。测量了金刚石外延生长过程中等离子体的发射光谱,利用扫描电子显微镜(SEM)和数码相机对生长前后金刚石的形貌进行了表征,利用激光拉曼光谱对金刚石的质量进行了分析。结果表明:一定程度内,适当升高工作气压和甲烷浓度能够有效提高金刚石的生长速率;在外延生长过程会产生过多的丘状体,导致许多金刚石颗粒的产生,影响其生长时间和质量,通过生长、刻蚀相结合的方法能够有效延长生长时间,改善生长形貌;外延生长出的金刚石的激光拉曼图谱中金刚石1332 cm-1特征峰明显、尖锐,荧光背底低,非金刚石相特征峰较低。
- 严垒马志斌曹为吴超高攀张田田
- 关键词：高温高压金刚石单晶
- 高气压MPCVD沉积金刚石的光谱研究被引量：4
- 2015年
- 采用微波等离子体化学气相沉积方法(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)在高沉积气压(34.5kPa)下制备多晶金刚石,利用发射光谱(optical emission spectroscopy,OES)在线诊断了CH4/H2/O2等离子体内基团的谱线强度及其空间分布,并利用拉曼(Raman)光谱评价了不同O2体积分数下沉积出的金刚石膜质量,研究了金刚石膜质量的均匀性分布问题。结果表明:随着O2体积分数的增加,C2,CH及Hα基团的谱线强度均呈下降的趋势,而C2,CH与Hα谱线强度比值也随之下降,表明增加O2体积分数不仅导致等离子体中碳源基团的绝对浓度下降,而且碳源基团相对于氢原子的相对浓度也降低,使得金刚石的沉积速率下降而沉积质量提高。此外,具有刻蚀作用的OH基团的谱线强度却随着O2体积分数的增加而上升,这也有利于降低金刚石膜中非晶碳的含量。光谱空间诊断发现高沉积气压下等离子体内基团分布不均匀,特别是中心区域C2基团聚集造成该区域内非晶碳含量增加,最终导致金刚石膜质量分布的不均匀。
- 曹为马志斌
- 关键词：CVD金刚石膜发射光谱拉曼光谱
- 氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜的影响机理被引量：3
- 2014年
- 采用电子回旋共振(ECR)等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积(CVD)金刚石膜,运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断,研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明:磁场由发散场向收敛场转变时,离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大,刻蚀效果逐渐增强;当工作气压由低气压向高气压变化时,等离子体参数先增大后减小,CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。
- 潘鑫马志斌李国伟曹为王传新付秋明
- 关键词：刻蚀CVD金刚石等离子体参数ECR等离子体
- 氢等离子体处理金刚石成核面
- 2012年
- 通过用氢等离子体对微波等离子体化学气象沉积法在钼基体上制备的金刚石厚膜的成核面进行表面处理,并利用拉曼光谱、扫描电镜和X射线光电子能谱对处理前后金刚石成核面进行表征,比较了处理前后金刚石成核面金刚石相含量、表面粗糙组度,并分析了薄膜中钼原子的化合态及百分含量.结果表明:经过氢等离子体处理后的金刚石成核面的金刚石相含量提高,表面粗糙度增大,钼原子的百分含量由1.64%变为0.83%,且能有效还原成核面上钼的氧化物生成碳化钼和碳化二钼.
- 马志斌吴建鹏湛玉龙曹为李国伟潘鑫
- 关键词：氢等离子体
- MPCVD等离子体中甲烷体积分数对基团分布的影响被引量：3
- 2013年
- 等离子体发射光谱学是探究等离子体参数、等离子体基团分布的有效工具。利用发射光谱技术对CH4/H2微波等离子体进行原位在线测量,研究了微波等离子体气相沉积过程中等离子体内部的基团种类以及甲烷体积分数对等离子体中各基团谱线强度的影响,测量分析了等离子体中各基团的空间分布以及甲烷体积分数对空间分布的影响。结果表明,C2基团的发射光谱强度随甲烷体积分数的升高而迅速增强,CH、Hβ、Hγ与C2相对强度的比值随甲烷体积分数的增加而降低,并逐步趋于饱和;各基团空间分布的均匀性随甲烷体积分数的增加而变差。
- 李国伟曹为吴建鹏陶利平马志斌
- 关键词：光谱学化学气相沉积法CH4
- 单晶金刚石侧向扩大生长中基团分布的调控被引量：1
- 2021年
- 采用微波等离子体化学气相沉积法,在半开放式样品台上通过调整种晶在样品台中的凸出高度(Δh)实现了对微波等离子体中基团分布的调控,并进行了单晶金刚石的侧向外延扩大生长研究。将发射光谱与金刚石样品的傅里叶变换红外光谱、Raman光谱、白光干涉测试结果及光学形貌表征结果结合起来,分析了种晶在样品台中的凸出高度对侧向外延生长单晶金刚石的影响。结果表明:随着凸出高度增大,等离子体中的C2(516.08 nm)基团在中心区域(-2~2 mm)的相对浓度增加,当凸出高度为0.6 mm时,中心区域碳源基团的浓度相对较高,导致该区域的纵向生长速率略高于周围区域的纵向生长速率,有利于生长面自主形成偏离(100)晶面一定角度的倾斜结构,进而侧向扩大生长出无多晶金刚石外圈且红外光学透过性能优异的单晶金刚石。顶部生长面自主形成一定角度的倾斜结构,是实现单晶金刚石侧向外延扩大生长的关键。继续增大凸出高度至0.8 mm,就会导致中心区域C2(516.08 nm)基团的相对浓度过高,形成金字塔丘状体,反而不利于高质量单晶金刚石的外延生长。
- 曹为高登付秋明赵洪阳马志斌
- 关键词：单晶金刚石发射光谱微波等离子体
- ECR微波等离子体对单晶金刚石表面的碳纳米墙修饰被引量：1
- 2020年
- 利用电子回旋共振(ECR)微波等离子体,在CH4/H2体系下,对高温高压单晶金刚石表面进行了碳纳米墙修饰。通过等离子体发射光谱研究ECR等离子体内基团的谱线强度在不同工作气压、CH4浓度下的变化规律,结合扫描电子显微镜对单晶金刚石表面的微观形貌进行分析,进一步研究了工作气压和CH4浓度对碳纳米墙修饰结果的影响。结果表明:碳纳米墙的取向性受工作气压影响大,低气压(0.07 Pa)条件下生长的碳纳米墙垂直取向明显,金刚石表面也出现垂直刻蚀形貌;在高气压(5 Pa)条件下生长的碳纳米墙取向性较差。同时,碳纳米墙生长的临界CH4浓度也与工作气压有关:低气压条件下碳纳米墙生长的临界CH4浓度高,工作气压为0.07 Pa时,碳纳米墙生长的临界CH4浓度为3%;工作气压升至5 Pa时,碳纳米墙生长的临界CH4浓度降为1%,碳纳米墙密度随CH4浓度升高而增大。
- 衡凡廖学红曹为付秋明许传波赵洪阳马志斌
- 关键词：单晶金刚石
- MP-CVD中CH_4浓度对CH_4/H_2等离子体中基团的影响被引量：3
- 2013年
- 采用发射光谱法(OES)诊断了微波等离子体化学气相沉积(MP-CVD)制备金刚石膜过程中CH4浓度对CH4/H2等离子体中基团分布的影响,并利用拉曼光谱对不同CH4浓度下沉积的金刚石膜生长面进行表征。研究表明:CH4/H2等离子体中存在Hα、Hβ、Hγ、CH、C2基团,且各基团谱线强度随CH4浓度的增加而增强,其中C2基团的光谱强度显著增强;CH4/H2等离子体电子温度随CH4浓度的增加而上升;光谱空间诊断发现等离子体球中基团沿径向分布不均匀,随CH4浓度增加,C2和CH基团分布的均匀性显著变差;沉积速率测试表明,单纯增加CH4浓度不能有效提高金刚石膜的沉积速率;Raman光谱测试结果表明,低CH4浓度(0.8%)下沉积出的金刚石膜质量更理想。
- 曹为李国伟吴建鹏马志斌
- 关键词：金刚石膜等离子体
- 氦气对 MPCVD 沉积金刚石的影响被引量：3
- 2015年
- 为了确定添加氦气对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石膜的影响,采用发射光谱法(OES)在线诊断了CH_4-H_2-He等离子体的发射光谱特性,研究了He对等离子体内基团空间分布的影响;并利用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼(Raman)光谱对不同He体积分数下沉积出的金刚石膜进行了表征。结果表明:随着He体积分数的增加,等离子体内H_α,H_β,H_γ,CH和C_2基团的谱线强度均呈上升趋势,其中H_α基团的谱线强度增加最大。光谱空间诊断发现He的加入导致等离子体中各基团的空间分布均匀性变差,造成沉积出的金刚石膜厚度极不均匀。沉积速率测试表明,He的加入导致碳源基团相对浓度增加,有利于提高薄膜的沉积速率,当He体积分数由0 vol.%增加至4.7 vol.%时,沉积速率提高了24%。SEM测试结果表明,随着He体积分数的增加,金刚石膜表面形貌由(111)晶面取向向晶面取向混杂转变,孪晶生长明显。高He(4.7 vol.%)体积分数下由于C_2基团的相对浓度较高,导致二次形核密度增加。此外,由于基片台受到等离子体的刻蚀和溅射作用,导致薄膜沉积过程中引入了金属杂质原子。二次形核和杂质原子的存在使得孪晶大量的产生,薄膜呈现出压应力。
- 曹为马志斌陶利平高攀李易成付秋明
- 关键词：金刚石膜发射光谱氦气孪晶
- ECR等离子体刻蚀增强机械抛光CVD金刚石被引量：4
- 2015年
- 采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与机械抛光相结合的方法抛光化学气相沉积(CVD)金刚石,运用扫描电镜、Raman光谱观察、分析了刻蚀与抛光后金刚石的表面形貌和质量变化,并与单纯的机械抛光相比较,研究了等离子体刻蚀对后续机械抛光的影响,结果发现:金刚石经ECR等离子体刻蚀后非晶碳含量有一定程度降低,刻蚀过程在金刚石晶面形成的疏松表面有利于机械抛光,金刚石表面平均粗糙度更加快速降低。对比实验表明等离子体刻蚀对机械抛光前期的抛光效率的增强效果更为明显,在ECR等离子体刻蚀后的金刚石样品经10min机械抛光后粗糙度从7.284下降到1.054μm,而直接机械抛光30min时金刚石的表面粗糙度为1.133μm,在机械抛光的初始阶段,等离子体刻蚀后的机械抛光效率是单纯机械抛光效率的3倍。最终,经过三次重复刻蚀后机械抛光,金刚石表面粗糙度降为0.045μm。
- 潘鑫马志斌高攀李国伟曹为
- 关键词：刻蚀机械抛光
