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CVD法生长碳纳米薄膜的研究

肖金龙

  本文利用热灯丝化学气相沉积法(HFCVD)制备了纳米量级的碳薄膜材料,对它的电学性质及场发射性质进行了详细的研究。在扼要概述碳的几种同素异形体的发现、性质和用途的基础上,分析了用热灯丝化学气相沉积法(HFCVD)制备金刚石薄膜的生长机理。阐述了在金刚石薄膜生长过程中气相碳源、固相基底以及激活氢分子与原子对生成产物的影响。分别用热力学理论和统计理论计算了碳膜的成核密度及生长速率,得出临界核尺寸和成核速率。在对热灯丝化学气相沉积法(HFCVD)制备纳米量级的碳薄膜材料的反应系统描述的基础上,对该反应系统的辐照场及温度场进行了计算机模拟。得出了基底表面的温度场分布。对于热灯丝阵列,基底表面的温度表现出一定的周期性分布,在宏观上表现出较好的均匀性。应用Boltzmann方程推导了薄膜的电阻率,包括薄膜尚未形成时的岛状结构、非连续薄膜及连续薄膜。对非连续薄膜的电导率热发射和隧道发射模型进行了对比。分别用扫描电子显微镜(SEM)、X-ray衍射仪(XRD)对制备的样品进行了分析,测量了石墨碳薄膜的电阻,得出电阻随反应基底温度及甲烷(CH_4)浓度的变化曲线。实验测得石墨碳薄膜的电阻随甲烷浓度的升高而降低,随反应温度的升高而升高。并且研究了非晶碳薄膜的场发射特性,计算了薄膜的功函数、实际发射面积和发射点密度。对样品薄膜不同区域发射特性的测试,显示出非晶碳薄膜很好的一致性。这说明薄膜的发射仍是以点发射的方式进行,只是发射点在薄膜内的分布是均匀的,因此在宏观上表现为均匀、一致的发射特性。……   
[关键词]:化学气相沉积(CVD);碳纳米薄膜;电导;场发射
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:重庆大学2002年