一、我国首次合成纳米级金刚石晶体薄膜（论文文献综述）
韩晓桐[1]（2021）在《HTHP和MPCVD单晶金刚石结晶质量和刻蚀对比研究》文中认为金刚石作为目前自然界中硬度最高的材料,不仅在珠宝市场上具有极高的商业价值,在传统工业领域中也有广泛应用,如在机械加工中可作为高硬切割刀具、磨削砂轮、研磨颗粒;在钻探与开采中可作为钻头使用;在各种精密仪器中作为光学窗口等。这些利用了金刚石的超硬性质、极低摩擦系数、极低热膨胀系数、高化学稳定性、光学等特性。近年来,随着金刚石制备技术的发展,其优异的半导体特性,如宽带隙、高热导率、高击穿电压、高载流子迁移率等,在半导体材料领域受到了广泛的关注。由于天然金刚石储备量少、价格高,制备高质量、大面积的单晶金刚石一直是材料科学领域重要的研究方向。目前常见的金刚石合成技术有高温高压法（HTHP）、微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）、热丝化学气相沉积法（HFCVD）等。其中选用HTHP籽晶为衬底,MPCVD同质外延生长金刚石材料是一条重要的制备技术路线。然而由于金刚石物性特点,高质量、大面积的单晶金刚石制备仍存在诸多科学与技术问题。首要问题就是金刚石的加工。由于金刚石超硬的特性,其超精密加工难度极高。而无论是对于外延生长还是电子器件的制造,均要求单晶金刚石的表面粗糙度达到纳米级别。因此本文中针对超硬金刚石单晶片加工进行研究,建立包括晶面定向—切割—研磨—抛光四道工序的加工过程。劳厄法对HTHP金刚石进行表面定向后,采用激光切割体块单晶金刚石形成片状晶片。片状金刚石表面会存在大量的石墨层、切割痕等,导致表面不平整。研磨阶段的目的是去除激光切割的切割痕、石墨层等,实现表面平整化的一个过程。由于单晶金刚石晶面晶向的各相异性,针对Ⅰb型HTHP金刚石（HTHPⅠb）,对其（100）晶面、（110）晶面,分别进行沿<100>晶向、<110>晶向的研磨实验,通过原子力显微镜（AFM）、激光聚焦显微镜（LEXT）等表征手段对比了磨削速度和研磨效果。机械研磨后仍存在表面/亚表面损伤,采用化学机械抛光进行超精密加工。通过激光拉曼光谱（Raman）、高分辨X射线衍射（HRXRD）、AFM等表征手段和等离子体刻蚀实验,对比了研磨和抛光后Raman sp3金刚石相的半峰宽和峰位移动、HRXRD摇摆曲线的半峰宽、表面粗糙度、刻蚀坑密度,发现化学抛光后的表面损伤更少,表面粗糙度较小。单晶金刚石材料应用于半导体领域需满足更高的质量要求。除了上述衬底加工后的表面状态,单晶金刚石的类型、同质外延生长的时间、生长工艺的各种参数、衬底（100）晶面的偏离角等均会对晶体质量有影响。针对这一问题,本论文通过Raman、HRXRD表征手段和等离子体刻蚀实验,比较了 HTHP Ⅰb、Ⅱa型HPHT金刚石（HTHPⅡa）、MPCVD型金刚石（MPCVD）三种单晶金刚石（100）面结晶质量的差异,并对比MPCVD同质外延生长8h和16h结晶质量。对比结果显示HTHP Ⅱa型和MPCVD短时间生长金刚石结晶质量相对较好。进一步对HTHP Ⅱa、HTHP Ⅰb和MPCVD（100）面进行H2和H2/O2等离子体刻蚀,计算了从900℃至1300℃下的刻蚀速率（Etching Rate,简称ER）,根据阿伦尼乌斯方程计算了活化能（activation energy,简称Ea）。对比得到,在H2/O2刻蚀气氛下,Ea（HTHP Ⅰb）>Ea（MPCVD）>Ea（HTHP Ⅱa）,在 H2 和 H2/O2 刻蚀气氛下,Ea（O2/H2）>Ea（H2）。通过X射线光电子能谱（XPS）测试刻蚀前后样品的表面,分析C1s光谱中含碳基团刻蚀前后的变化,H2刻蚀HTHPⅠb样品（100）面后,CHx基团、sp2 C-N基团含量百分比增加,O2/H2刻蚀后,CHx基团、sp2 C-N基团、C-O基团、C=O基团、-COOH基团含量百分比增加,说明等离子体中O组分的加入加强了刻蚀作用。O2/H2刻蚀HTHPⅡa样品（100）表面,CHx基团、C-O基团、C=O基团、-COOH基团含量百分比增加,相比于有氮元素的HTHPⅠb型,无氮元素的HTHPⅡa没有检测到碳氮基团,说明N元素的存在使刻蚀作用加强。分别用H2、O2/H2=1.50%、O2/H2=2%、O2/H2=3%、O2/H2=4%、O2/H2=5%等离子体刻蚀HTHPⅠb（100）面,通过LEXT观察刻蚀坑形貌,并记录刻蚀坑随刻蚀时间尺寸和形貌的变化,发现刻蚀坑尺寸随O2/H2比例的上升而增大,刻蚀坑形貌不再是规则的倒金字塔形状。等离子体刻蚀表面损伤处如划痕,会出现平底坑,在本论文中研究了平底坑和尖底坑随刻蚀时间形状的变化,发现平底刻会随刻蚀时间变大变平,直至消失。
张学敏[2]（2021）在《石墨烯与新型半导体材料异质结构制备及器件研究》文中提出石墨烯、宽禁带半导体和新型二维半导体材料都具有各自的优异的结构性质和光电特性以及广阔的应用前景,当然它们也存在各自的局限性。近年来针对石墨烯和宽禁带半导体或二维材料的异质结构的制备和器件应用已经成为了研究热点。这种异质结构可以性质互补,更好的发挥出材料的优势,实现应用性能的卓越提升。虽然目前各研究小组已在相关领域取得了较多进展,但是还有很多方面值得更深入的研究,例如异质结构制备的新方法以及异质结光电器件的性能优化等。本论文以石墨烯和GaN、SiC、金刚石及黑磷等材料的异质结制备为主要基础,以光电探测器应用领域为主要研究方向,深入探索了上述材料的结合性质和器件光电性能优化。主要开展了如下研究工作:（1）CVD偏析法制备高质量石墨烯薄膜以及石墨烯和GaN异质结构的制备研究。提出了一种在Ni膜上结合H2刻蚀石墨烯实现偏析法合成石墨烯的方法,对此方法的实验设计和合成过程进行了简单阐述,并通过合成后石墨烯薄膜的均匀性分析,层数可控及堆垛特性研究,氢气刻蚀作用及偏析温度效应等验证研究,论证了我们所提出的这种在Ni膜上生长石墨烯的方法具有可控性。并通过霍尔器件的制作和测试进一步证明了所合成石墨烯的高质量和优异的电学特性。接着通过采用新颖的MMA转移技术,将所合成的石墨烯转移到GaN衬底上形成异质结构,并进行了相关表征测试,验证了异质结构的基本性能。（2）对石墨烯、SiC及金刚石之间的异质结构的外延生长进行了深入的研究。基于高温CVD设备进行了外延SiC的生长研究,以及利用一炉两步法先外延SiC衬底后直接在此衬底上原位外延生长石墨烯,获得了高质量的外延碳化硅-石墨烯异质结构。接着我们实现了首次实现利用MPCVD设备在SiC上外延生长出高质量的石墨烯。并基于MPCVD设备进行了生长拓展,实现SiC上金刚石、SiC-石墨烯上金刚石以及在目标衬底上直接生长石墨烯等异质结构的制备。（3）以石墨烯-GaN为代表性异质结构,深入研究其肖特基紫外探测器件的制备、表征以及在紫外波段的探测性能研究。实现了GaN慢速低损伤刻蚀并研究了GaN慢速刻蚀对肖特基结构的影响。基于偏析法合成的石墨烯和GaN慢速刻蚀表面处理,制作出石墨烯-GaN垂直型肖特基紫外探测器,并测试其紫外探测性能。然后进一步制作出石墨烯-GaN纳米柱结构的肖特基紫外探测器,实现了紫外探测性能的优化。（4）为了实现本论文在可见光和红外领域的光电探测器拓展,我们采用范德华力堆垛的方法制备了石墨烯和黑磷的异质结构,并采用上层电极法和下层电极法两种方法制作成了光电探测器件。经过在可见光波段的光电探测性能对比,验证了我们提出的采用Mo作为下层电极的器件优越性。进一步的对该器件进行了红外波段光电探测性能研究,实现了石墨烯-黑磷光电探测器件从可见光到中红外波段的宽范围高灵敏光探测。
张旺玺,梁宝岩,李启泉[3]（2021）在《超硬材料合成方法、结构性能、应用及发展现状》文中研究指明为了对超硬材料有更深入的了解,对以金刚石和立方氮化硼为主的超硬材料的合成方法、发展历程、结构与性能及应用领域进行了综述。金刚石的合成方法主要有静压触媒高压高温法、化学气相沉积法、动压爆炸法或爆轰法。经过几十年的发展,我国超硬材料制造技术和装备已经处于国际先进水平。超硬材料除了硬度高之外,还有许多优良的物理力学和化学性能,广泛应用于磨具、刀具、锯切、钻进等超硬材料工具和新型功能材料。
杨博[4]（2019）在《量子微波磁场探测与成像系统及其应用研究》文中提出在自然界的金刚石中有一种由氮-空位（Nitrogen-Vacancy）形成的缺陷,这种缺陷在捕获一个自由电子以后形成的缺陷叫做(1-中心,因为带这种缺陷的金刚石呈现出红色,因此简称为NV色心。NV色心具备优良的光学特性,是一种性能优异的单光子源,在室温下有良好的电子自旋特性,因此NV色心广泛应用于量子计量、量子信息处理（QIP）和量子磁场探测与成像。本文主要研究基于金刚石NV色心的量子微波磁场探测与成像系统,探索基于金刚石NV色心磁光效应的矢量微波场重构和成像方法,并研究该系统在电磁兼容领域的应用。本文利用金刚石NV色心优异的量子光学性能,重点从提升系统的探测效率、提升系统探测灵敏度,拓展系统的探测频率,三个角度入手开展量子微波场成像系统的研究。主要研究内容如下:1、在提升系统的探测效率方面,本文探索了基于CCD相机和富含NV色心的金刚石薄膜的宽视场快速微波场成像方法。研究了基于科勒照明实现快速微波场成像的方法,采用多通道脉冲发生器同步CCD、激光开关、微波开关和微波源。采用参考帧和图像帧之间的差分测量方法,降低了测量噪声;每帧集成N个重复序列进一步提高了信噪比。本文开发了一种软件扫描微波成像方法,通过对CCD相机的图像进行逐点软件分析,绘制出每一像素点的光探测磁共振（ODMR）谱或拉比振荡（Rabi）曲线,进而通过拟合得到每个像素点对应的微波磁场的强度,进而通过全矢量微波场重构公式计算出包括振幅和相位信息在内的微波磁场矢量。该全矢量微波场重构公式由可测量到的四个NV轴上的左右圆极化微波磁场分量推导出。本文通过对一个微型螺旋天线的测量,验证了整个实验系统的正确性。2、在提升系统探测灵敏度方面,本文研究了一种高灵敏度基于幅度和频率调制技术的金刚石NV色心微波场量子测量方法。开发了一种基于调幅调频光探测磁共振技术的微波磁场探测方法和实验系统,并提出了相应的表面电流重构算法。本文制作了一种特殊的金刚石微波探针放置在微波器件或天线的表面探测微波场;该探针是将金刚石颗粒附着在光纤顶端制成的,对微波场无扰动。该系统具备很窄带宽的滤波器过滤掉大部分噪声,该方法具有较高的检测灵敏度;虽然该方法采用扫描法实现了微波场的测量和成像,但该方法大大缩短了每个扫描点的测量时间,可达到毫秒级。利用金刚石探头中不同朝向的NV色心可以测得三维矢量磁场信息。利用三维矢量磁场信息可以更准确地重构天线表面电流的分布。本文通过对分形天线进行测量,验证了实验系统的正确性。3、在拓展系统的探测频率方面,本文探索了一种高分辨率、非破坏性宽带微波场成像方法。通过研究使用富含NV色心的金刚石传感器,在静态偏置磁场的情况下实现了对微波场的非破坏性宽带宽探测。该系统的探测灵敏度可达15 MHz。空间分辨率受制于金刚石探头的尺寸和位移平台的精度,可达微米级别。该技术是基于NV色心在532 nm的绿色激光泵浦下,在偏离轴向的静态磁场偏置下,外部的AC磁场可以调控金刚石NV色心的荧光强度的特性而开发的。本系统的最小测量灵敏度可达0.1高斯,探测灵敏度主要受限于雪崩光电二极管的背景噪声。本文通过对一个圆形的平面螺旋天线进行进行测量,验证了实验系统的正确性。本文还利用该量子磁场成像系统对一款Ga As衬底MMIC低通滤波器芯片进行芯片近场成像,并就芯片成像所呈现的电磁兼容问题进行了分析。最后,本文对上述微波场成像系统的研究进行了总结,对微波场成像系统的后续研究进行了展望。
郑宇亭[5]（2021）在《金刚石表面状态控制及应用基础研究》文中进行了进一步梳理金刚石优异的综合性能使其能够应用于机械、传热、光学和半导体等诸多领域。平整光洁的表面、可控的表面/亚表面缺陷以及表面键态是实现上述应用的前提。然而,金刚石高的硬度和优异的物理化学稳定性导致其表面加工和可再造性差而无法轻易满足各种功能应用需求。因此,金刚石的表面状态控制及以应用为导向的基础研究具有重要意义。本文采用高速三维动态摩擦抛光（3DM-DFP）、氧基等离子体及氢等离子体对金刚石进行表面状态控制研究。作为高效实现金刚石表面控制的方法,多晶及单晶金刚石表面经3DM-DFP的动态摩擦及铁、氧催化氧化最终可使其表面粗糙度可<5 nm甚至1nm。疲劳及能量持续输入导致金刚石形成包括{111}晶面均匀解理层、过渡层和压缩带的近10 μm亚表面损伤。伴随新产生的1425 cm-1,2200cm-1,1750 cm-1和2100 cm-1拉曼特征峰来自于准sp2+sp3无定型结构、碳-空位局部缺陷和sp1相。在太赫兹频率波段下非金刚石相的本征吸收及缺陷散射效应导致了其介电常数的显着降低。等离子体刻蚀则被认为是可以无损伤地实现金刚石表面控制的有效技术。氧基电感耦合等离子（ICP）刻蚀实现金刚石表面调控时,添加辅助气体以及不同的等离子体条件控制对金刚石刻蚀速率及表面状态起决定作用。多晶金刚石黑膜在10%CHF3条件下以4.6 μm/min的刻蚀速率得到了 2.3 nm的表面粗糙度,并对应于最高比例的C-O-C对称键态结构。同时单晶金刚石以0.23μm/min的刻蚀速率实现表面粗糙度<0.5 nm的均匀表面微结构。而针状表面形貌的产生是由于金刚石（111）晶面以及缺陷、孪晶界的优先刻蚀效应。所产生的反式聚合物会在含Cl或H条件下消失,氯化物（sp2 C-Cl）的形成及未出现的氟化物也导致了刻蚀结果的差异。此外,氢等离子体能够有效控制金刚石表面形貌的同时形成的表面C-H键而产生空穴导电。基于氢化后平整金刚石膜的溶液栅极场效应晶体管（SGFET）结构,在不同的溶液中呈现出不同的Ⅰ-Ⅴ响应。表面C-H键在KHP+NaOH+H2SO4混合溶液中随电压升高而发生C-H键反应损伤,电阻从13.57 kΩ增至95.78 kΩ,电流从饱和的1 ×10-4 A/V降至5×10-5 A/V。将该SGFET结构作为电极在无机酸中通过负电势线性扫描后恢复表面C-H键态,电阻从94.33 kΩ降至30.46kΩ,电极电流从6×10-6A升高至1.6×10-5A,并表现出液态环境下更为灵敏的I-V响应,且未产生任何平整度损伤和反应生成物。
黄海芳,黄凯,谷继腾,方克明[6]（2020）在《人造金刚石的微观结构模型》文中研究表明将静态超高压高温合成的人造金刚石晶粒利用RTO包埋法制备成适合TEM观察的样品,发现这些金刚石晶粒是由多根细长的纳米多晶棒沿一定取向规则地以捆束状堆叠、聚集而成,而这些纳米多晶棒之间填充了无定型碳。也就是说,人造金刚石晶粒是由结晶碳素和无定型碳组成的。由此,提出并绘制了人造金刚石晶粒的微观结构模型示意图,可用于解释人造金刚石的各向异性及其他宏观性能特征。在以上结论的基础上,笔者认为业界经常提及的"单晶"金刚石称谓可能并不严谨,可能并不是纯粹由结晶金刚石材料组成。
诸葛晨昱[7]（2020）在《Si-N共掺杂金刚石薄膜的结构与制备研究》文中指出为了开发n型半导体金刚石薄膜和提高金刚石薄膜的机械性能,本项目提出出了一种新型的Si-N共掺杂金刚石薄膜,采用了第一性原理计算方法研究Si-N共掺杂金刚石薄膜的晶体结构和电子结构,使用微波等离子化学气相沉积工艺（MPCVD）制备Si-N共掺杂金刚石薄膜并开展相应的检测,从两方面研究Si-N共掺杂纳米金刚石薄膜的结构与制备。理论计算方面,为了找到Si-N共掺金刚石薄膜的结构形式以及研究Si-N共掺对金刚石缺陷能级和电子结构的影响,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对Si-N共掺金刚石进行研究。并且根据Si掺金刚石薄膜可能会出现3C-SiC的现象,分别计算Si-N共掺金刚石和N掺3C-SiC两种情况。根据形成能计算找到Si-N共掺的结构形式,并继续计算缺陷离化能,能带,态密度和差分电荷来分析Si-N共掺对金刚石电子结构的影响。在实验制备方面,我们通过掺杂金刚石薄膜文献和我们一直以来的研究成果相结合分析认为Si-N共掺杂金刚石薄膜可能生长高度（110）择优取向的纳米金刚石晶粒,使薄膜的硬度和模量得到提升。因此使用MPCVD工艺,以四甲基硅烷（TMS）作为硅源进行Si掺杂金刚石薄膜制备实验并使用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）和纳米压痕仪对样品进行表面形貌、微观结构和机械性能的表征来确定合适的Si掺杂实验参数。在确定的Si掺杂参数基础上,继续采用NH3作为氮源进行Si-N共掺薄膜制备实验并对样品进行SEM形貌表征。通过计算和实验,得到以下结果:由形成能计算,我们得出Si-N共掺体在金刚石超胞中的形成能很大,在6.978eV-13.208 eV之间,说明Si-N共掺体掺杂浓度很低,很难进入到金刚石中。而N掺3C-SiC中C位的形成能很小,是0.150 eV。说明Si-N共掺金刚石很可能形成N掺3C-SiC/金刚石复合薄膜。缺陷能级的计算说明,Si-N共掺使施主缺陷能级可到导带底下EC-0.54 eV,改善了N单掺金刚石非常深的的施主能级EC-1.70 eV,降低薄膜在室温下的电阻值。能带,态密度与差分电荷计算说明Si-N共掺使金刚石变为n型半导体。并且由于Si原子的掺入,使N在CBM处的能量减小,N引入的自由电子远离N原子,有较大的运动空间,因此施主能级有了极大的改善。N置换掺杂3C-SiC的C位也为n型掺杂,且有非常浅的缺陷能级,为导带下0.025-0.149 eV。这说明Si-N共掺金刚石所得到的复合薄膜拥有较好的半导体性质,室温下的阻值可能会得到良好的数据。实验结果表明,Si单掺金刚石薄膜的CH4通量一定时,增大TMS的通量会使薄膜中的金刚石晶粒得到细化且随着通量上升,晶粒尺寸越小。并发现适当的TMS通量可以提高晶界中非晶碳相的占比,使薄膜的硬度提高。当TMS通量一定时,增大CH4通量也会使金刚石晶粒尺寸变小,但会引入更多的缺陷,使薄膜表面质量下降,机械性能变差。而Si-N共掺杂纳米金刚石薄膜的制备实验,随着NH3通量的上升,薄膜表面的纳米晶粒尺寸在逐渐变大。Si掺杂可以增加薄膜二次形核,细化晶粒的作用逐渐变弱。这表明N的加入促进了金刚石的结晶化。
陈路华[8]（2020）在《金刚石钛相关缺陷的第一性原理研究及SiV-色心实验制备》文中研究指明金刚石中的光学活性缺陷是当前的研究热点。窄带宽、高重复率和长相干时间的单光子发射器在未来的量子计算、量子密码学以及光学晶体管数据处理技术方面将有长足的应用;化学稳定的、非漂白的和无毒的生物标记对生物过程的原位研究具有很高的价值。然而目前所研究的众多金刚石色心在不同程度上都存在一些问题,以NV-色心为例,宽范围的荧光发射;较长的激发态寿命以及较低的荧光产率都严重影响了其应用。近年来,金刚石过渡金属色心扮演了越来越重要的地位。过渡金属原子具有的独特电子结构使得掺杂后的金刚石有着优异的发光性能;过渡金属色心准局域声子没有明显耦合,展现了锐利的发光峰;同时3d族过渡金属元素常被用作高温高压（HTHP）合成金刚石晶体的溶剂-催化剂,有利于促进金刚石的生长。所以探索新的具有优异性能的过渡金属相关色心具有重要意义。本文采用第一性原理模拟计算与化学气相沉积实验相结合的方法,对金刚石钛（Ti）相关缺陷和带负电的硅-空位（SiV-）色心进行了研究。在计算模拟方面,对SiV-色心进行了结构和电子结构的计算,验证了Si原子位于双空位中心的结构,电子结构计算给出了SiV-色心的零点跃迁能量。基于优化后的超胞模型,构建了5种Ti原子掺杂的金刚石缺陷结构。结构计算确定了钛-空位（V）缺陷结构（TiV）为最稳定的构型,电子结构计算预测了TiV中心位于537.8nm处的发光峰。为探究杂质对金刚石Ti相关缺陷结构稳定性和电子结构的影响,在超胞中引入了氮（N）和硼（B）原子作为共掺杂质。通过形成能计算确定了Ti、B、N共掺缺陷存在的可能性。电子结构计算结果表明,钛-硼（Ti-B）和钛-空位-四氮（TiV-4N）缺陷具有较好的能带结构,可能是潜在的发光中心,预测其发光分别对应于红外光和可见光区域。在实验制备方面,采用了微波等离子化学气相沉积设备（MPCVD）,在石英基底表面成功制备出了含硅（Si）色心的金刚石薄膜。通过退火和表面去石墨等后处理过程的探索,使制备出的色心具有ZPL=738nm处的尖锐明亮发光。为进一步探索化学气相沉积合成Ti相关色心的实验方法,文中对几种常用的色心制备方法进行了探究,并提出了一种物理气相沉积（PVD）辅助掺杂制备含Ti色心阵列的金刚石膜的方法。
刘畅[9]（2020）在《金刚石在复杂应变下的应力响应及物理性质》文中指出金刚石,亦称钻石,是历史最悠久、声誉最着名、影响最广泛的材料之一。其无与伦比的强度和硬度使得金刚石成为最早的超级材料,在熟知的超硬材料中居于首位。其卓越的光学性质,更为金刚石增添了耀眼的光彩。自古以来,金刚石就是顶级装饰品和切割工具的首选材料。及至近代,金刚石更是在科学研究和技术研发中备受青睐。一方面,金刚石或金刚石基复合材料被更系统地结合到切割、研磨、钻探工具中,广泛应用于工业生产、工程操作和精密加工;另一方面,金刚石的优异力学和光学特性造就了对顶砧的设计和应用,把高压科学和技术推到了现代科学的前沿,使得众多新奇材料在极高压下的合成和表征成为可能,成为现代材料科学领域不可或缺的研究手段。高压对顶砧在高温条件下结合激光技术也给人类探索宇宙深处天体中物质的奥秘提供了强有力的工具和手段。现代科学前沿进一步拓展了金刚石的研究和应用范围,例如氮掺杂金刚石用于量子计算机储存单元,金刚石薄膜作为微纳电子器件散热衬底,等等。近年来,对金刚石材料行为的进一步探索继续吸引着科学界的广泛关注,尤其是纳米结构金刚石的独特性质,以及金刚石在复杂极端条件下的奇异行为。这些前沿研究和发展要求我们对金刚石在广泛的加载条件下的结构、力学、电子等性质有更全面的认识,并对相关基本物理机理有更深入的理解。金刚石的基本物理性质和行为是由其超强的三维碳共价键网络所决定的,其最大特点为超高硬度和高脆性。前者是金刚石最着名的优异特性之一,而后者则是其似乎不可避免的内禀材料弱点。金刚石的发现与生产有着与人类几乎同样漫长的历史。千百年来,人们一直是靠采矿获取由地球内部高温高压环境中产生,而又由地幔地壳涌动带至近地表环境的天然金刚石。但自上世纪五十年代以来,人工合成金刚石获得成功,并由小批量实验室合成逐渐走向了大批量工业生产和应用。但获取高质量、近完美、几无杂质,因而能够展示内禀物性并极具抗应变能力的金刚石,同时展开全面系统的研究并导向尖端应用,如金刚石基微纳电力耦合器件、极高压对顶砧等,仍是当今材料科学领域的前沿课题。近年研究表明,在极端复杂应变条件下,金刚石有时展现非同寻常的结构和应力响应。譬如,最近报道的固态金属氢的合成就依赖于最高质量金刚石对顶砧所产生的极限静态压力。虽然固态氢的结果尚有争议,但金刚石对顶砧产生实验所需极高压的作用及其在巨大复杂应力下的行为,再次引起科学界极大的关注;又如近期报道的二级对顶砧新技术,对金刚石在复杂应力应变环境中的性质与行为,提出了进一步的问题。这些都对金刚石内禀性质和微观机理的深入理解提出了全新的挑战。针对金刚石研究领域的最新进展及其所提出关键问题,并结合对历史上积累下来的关于金刚石的材料物理基础性质的思考,我们采用最新发展的理论计算方法对金刚石进行了进一步系统深入的探索,得到了一系列出乎意料的结果:一.我们发现在一大类以前没有深入检验的受限剪切形变条件下,金刚石一改人们熟知的超硬超脆的应力响应模式,发生不考虑温度效应时一般只在某些金属材料中才能观察到的晶体结构蠕变行为以及相伴而生的电子传导行为。金刚石是众所周知的超硬、超脆、超宽宽禁带半导体材料。在通常的负载条件（如拉伸或者纯剪切）下,随着应变的增加表现为陡峭的应力响应以及突发的晶面解理。然而,在引入压缩限制后,金刚石由于碳键的过度伸长而解离的模式被抑制,取而代之的是晶体结构通过键角的变化释放应变带来的能量增长。巨大的键角变化产生了局部的化学键重组,进而开启了全新的类蠕变剪切流形变模式。该反常的结构流动过程创造了相应的电荷流动通道,在很大的应变范围内产生了金属性的金刚石。这种在金刚石或类似强共价键材料中的异常应力响应导致了金刚石中出现了令人惊异的材料和物理现象,包括全新的结构形变机制和超出常识的电子空穴传导行为。这些优异的结构、力学与电学性质揭示了奇特的高度柔韧的金刚石晶格中电子导电现象,拓展了对金刚石这一具有漫长历史、广泛应用,并被广泛研究的着名超硬绝缘材料的了解,并为解释以前实验中观察到的令人费解的结构与力学现象提供了新思路,为预言新材料行为与相关物理机制提供了理论基础。二.本文中报道的另一大重大发现是:原本绝缘的金刚石在受限压缩剪切形变下可以发生内禀的超导电性。以前工作曾报导掺硼金刚石的超导现象。其原理为硼原子替换引入的空穴与金刚石晶格振动耦合,导致声子机制驱动的超导现象。这是一种由外部引入载流子而产生的无损耗传导机制。在本工作中,我们发现了受限压缩剪切应变下的金刚石晶体内部发生了一种全新的化学键形变机理,导致原晶体中巨大绝缘电子能隙的逐渐关闭,从而实现了金刚石的内禀金属化,即无需外来载流子掺杂的电荷传导。这些载流子进而通过与金刚石本身晶格振动的耦合,诱导金刚石产生了内禀的超导现象。这一结果对高压材料物理研究具有重大影响。尤其是考虑到金刚石对顶砧用于高压传导或超导实验时,作输运性质测量的四极探测装置的导线是直接压在对顶砧两头相对的砧尖上的,而砧尖恰是最有可能因受限压缩剪切应变导致金刚石金属化的部位。在此情况下金刚石的金属化对实验测量会有巨大的影响。因此,本工作的结果不但揭示受限压缩剪切应变条件下金刚石内禀超导这一在基础物理创新研究领域的新现象和新机理,并且对相关高压输运实验的设计与分析具有重要的指导作用。三.以金刚石为范例,通过第一性原理计算大范围拉伸或剪切应变下的应力响应,得到前所未有的材料中的极端应力场的分布。结果揭示了有趣的拉伸或剪切应力分布模式以及意料之外的具有高度方向性的极端应力。本方法可以广泛用于表征晶体材料在整个应变范围内弹性与塑性区域的结构与力学性质。我们由第一性原理应力-应变计算全面研究了金刚石晶体在许多不同形变路径下的应力应变关系,以此建立了金刚石的极端应力场。这些结果揭示了沿多样的拉伸方向及剪切平面大形变下应力响应的模式与规律,从而提供对应力峰值分布及相应的成键态变化更全面的理解。尤其是我们发现:众多剪切平面内存在多个具有几乎相等的峰值应力的易滑方向,与已知并经常被引用的（111）<11-2>易滑方向的峰值应力相似;进而,我们发现高度各向异性的剪切应力,其峰值远超以前所知的最高剪切应力记录。这些新引入的极端力学行为特征建立了一个研究大形变下可持续的结构形变与阈值强度的定量基础。这一较前更为全面判断的方法引入了一个可用于广泛表征晶体材料在整个形变区间内的基本结构与力学性质的普适规则,并提供了用于诠释材料行为及指导合理的性能优化的关键信息。
王旋[10]（2020）在《电子辐照及离子注入对单晶金刚石光电性能的影响与机制》文中研究说明金刚石中的氮空位色心（NV色心）因其独特的光/电磁特征和优异的电子学性质,使其在弱磁场等精密物理量的测量以及下一代电子器件有着可观的应用前景。无论是在下一代电子器件还是NV色心应用中,离子注入/辐照都是调控其性能的关键技术。本文分别以光学级和电子级单晶金刚石为对象,通过电子辐照、N、O、S离子注入,系统研究单晶金刚石的光/电性能演化规律,揭示单晶金刚石材料离子注入导致的结构损伤效应及其性能演化机制。经170 ke V、1×1016 cm-2电子辐照后,光学级金刚石光学透过率明显下降,但辐照对光学吸收边没有影响,同时电子辐照会促进NV-向NV0转化,原因在于其会优先破坏NV-色心,使其电离出自由电子,转变为NV0。经150 ke V N离子注入,光学级金刚石内产生的显着的位移损伤效应和N的掺杂效应导致金刚石光学性能不断退化。辐照注量增加值2×1016 cm-2时,材料光学透过率下降至零,金刚石完全石墨化。N注量为1×1011 cm-2时,注入的位移效应破坏了金刚石中原有的NV色心缺陷结构,使得NV0和NV-色心的相对强度都下降,而N离子的注量为1×1014 cm-2时,NV0和NV-色心的相对强度都上升,这是由于更高含量的N的掺杂给材料提供了较高的NV色心的氮原子源。相对于单一的N离子注入和电子辐照情况,综合辐照后自由基浓度增量明显高于N注入自由基浓度增量和电子辐照自由基浓度增量之和,说明N注入+电子辐照对金刚石自由基缺陷浓度的增加效应有相互促进作用,这也导致综合作用后光学透过率下降程度比二者单独引起的透过率下降之和更大。证明了N注入和电子辐照对光学性能退化有明显耦合作用。N离子注入的位移损伤及掺杂效应共同导致其光学性能退化;电子辐照由于电离损伤导致自由基含量增加而引起光学透过率下降。二者综合作用后,电子辐照显着增强N注入引起的缺陷的电离效应,导致光学吸收显着增加,进一步增加金刚石的光学退化。N离子注入NV色心变化机制在于注入产生的损伤缺陷与取代N原子含量的竞争。N注量较低时,位移损伤效应起主导作用不利于NV色心;N注量较高时,形成的取代N原子浓度起主导作用,有利于NV色心形成。不同注量O、S离子注入电子级单晶金刚石时,拉曼特征峰半高宽和峰强都随注量减小反而逐渐增大,半高宽变化规律出现反常。衡量晶格损伤程度的产额参数χmin随着离子注量的增加而明显提升。O注量为1×1016 cm-2的试样表面完全石墨化,其χmin为94%。S注量注量为2×1015 cm-2试样部分石墨化,其χmin为87.6%。O最大注量试样测得的载流子迁移率最大,为423.10 cm2/V·s。所有试样都检测到617 ke V处O背散射信号峰和960 ke V处Si背散射信号峰,这源于合成过程引入杂质。AFM测试指出S相对O对金刚石表面刻蚀能力更强。
二、我国首次合成纳米级金刚石晶体薄膜（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、我国首次合成纳米级金刚石晶体薄膜（论文提纲范文）
（1）HTHP和MPCVD单晶金刚石结晶质量和刻蚀对比研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 金刚石单晶的结构与分类 |
| 1.1.1 金刚石单晶的结构 |
| 1.1.2 单晶金刚石的分类 |
| 1.2 金刚石单晶的基本性质与应用 |
| 1.2.1 力学性能 |
| 1.2.2 热学性质 |
| 1.2.3 电学性质 |
| 1.2.4 光学性质 |
| 1.3 人工合成金刚石单晶的生长方法 |
| 1.3.1 高温高压法(HTHP) |
| 1.3.2 化学气相沉积方法(CVD) |
| 1.3.3 热丝化学气相沉积(HFCVD) |
| 1.3.4 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD) |
| 1.4 高质量单晶金刚石目前的研究现状和存在问题 |
| 1.4.1 单晶金刚石加工技术研究现状及存在问题 |
| 1.4.2 衬底类型对外延单晶金刚石结晶质量的研究 |
| 1.4.3 单晶金刚石等离子体刻蚀法的研究 |
| 1.5 选题及主要研究内容 |
| 第2章 实验设备与表征方法 |
| 2.1 MPCVD设备结构和原理 |
| 2.1.1 MPCVD设备结构介绍 |
| 2.1.2 MPCVD设备的测温介绍 |
| 2.2 激光切割设备 |
| 2.3 机械研磨设备 |
| 2.4 化学机械抛光设备 |
| 2.5 表征设备 |
| 2.5.1 激光共聚焦显微镜(LEXT) |
| 2.5.2 激光拉曼光谱仪(Raman) |
| 2.5.3 高分辨X射线衍射仪(HRXRD) |
| 2.5.4 原子力显微镜(AFM) |
| 2.5.5 X射线光电子能谱(XPS) |
| 2.5.6 晶格畸变检测仪 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 单晶金刚石表面加工介绍 |
| 3.1 体块金刚石材料表面取向研究 |
| 3.2 单晶金刚石机械研磨的研究 |
| 3.2.1 单晶金刚石机械研磨的机理研究 |
| 3.2.2 不同晶面沿不同晶向的机械研磨原理研究 |
| 3.2.4 研磨单晶金刚石表面粗糙度及去除速率的变化 |
| 3.3 单晶金刚石化学机械化学抛光 |
| 3.3.1 化学机械抛光去除机制的研究 |
| 3.3.2 研磨与化学机械抛光去除速率和表面粗糙度的比较 |
| 3.4 加工对单晶金刚石表面损伤的研究 |
| 3.4.1 Raman测试 |
| 3.4.2 HRXRD测试 |
| 3.4.3 等离子体刻蚀研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 表征单晶金刚石结晶质量的研究 |
| 4.1 不同类型单晶金刚石结晶质量的比较 |
| 4.1.1 不同类型单晶金刚石生长工艺的研究 |
| 4.1.2 Raman表征不同类型单晶金刚石的结晶质量 |
| 4.1.3 HRXRD表征不同类型单晶金刚石的结晶质量 |
| 4.1.4 等离子体刻蚀检测不同类型单晶金刚石的结晶质量 |
| 4.1.5 晶格畸变仪表征不同类型单晶金刚石的结晶质量 |
| 4.2 MPCVD法外延生长8h、16h后结晶质量的差异 |
| 4.2.1 Raman表征MPCVD外延生长8h和16h后晶体的结晶质量 |
| 4.2.2 HRXRD表征MPCVD外延生长8h和16h后晶体的结晶质量 |
| 4.2.3 MPCVD外延生长8h和外延生长16h后刻蚀坑密度差异 |
| 4.2.4 MPCVD外延生长8h和外延生长16h后应力的差异 |
| 4.3 本章总结 |
| 第5章 等离子体刻蚀法表征金刚石缺陷的研究 |
| 5.1 微波等离子体刻蚀金刚石机理分析 |
| 5.2 不同刻蚀条件对刻蚀坑形貌的影响 |
| 5.2.1 H_2与O_2/H_2等离子体刻蚀HTHPⅠb (100)面刻蚀坑形貌的研究 |
| 5.2.2 刻蚀坑随刻蚀时间的演变 |
| 5.2.3 表面损伤缺陷与内部缺陷刻蚀坑形貌的对比 |
| 5.3 关于等离子体刻蚀单晶金刚石(100)面活化能的研究 |
| 5.3.1 H_2和O_2/H_2=2%等离子体刻蚀HTHP Ⅰb、HTHP Ⅱa、MPCVD (100)面活化能数值的研究 |
| 5.3.2 XPS分析H2和O2/H2等离子体刻蚀后的单晶金刚石表面 |
| 5.4 本章总结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（2）石墨烯与新型半导体材料异质结构制备及器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 石墨烯的基本性质和应用背景 |
| 1.1.1 石墨烯的原子和能带结构 |
| 1.1.2 石墨烯的光电特性 |
| 1.1.3 石墨烯的合成方法 |
| 1.1.4 石墨烯的光电应用 |
| 1.2 宽禁带和二维半导体材料的基本性质和应用背景 |
| 1.2.1 宽禁带半导体材料的基本性质和应用背景 |
| 1.2.2 二维半导体材料的基本性质和应用背景 |
| 1.3 石墨烯与新型半导体材料异质结构的研究现状 |
| 1.3.1 石墨烯与宽禁带半导体材料异质结构的光电器件研究进展 |
| 1.3.2 石墨烯与二维半导体材料异质结构的光电器件研究进展 |
| 1.4 论文研究意义和主要内容 |
| 第2章 肖特基接触、欧姆接触及光电探测器理论 |
| 2.1 肖特基接触和欧姆接触 |
| 2.1.1 金属-半导体肖特基接触 |
| 2.1.2 金属-半导体欧姆接触 |
| 2.1.3 石墨烯-半导体的接触 |
| 2.2 光电探测器概述 |
| 2.2.1 光电探测器的器件结构 |
| 2.2.2 光电探测器响应机理 |
| 2.2.3 光电探测器重要参数 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 CVD偏析法合成石墨烯及与GaN异质结构制备研究 |
| 3.1 CVD法生长石墨烯的机理 |
| 3.2 偏析法CVD石墨烯(CVDSG)生长的实验设计和合成过程 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 CVDSG的均匀性分析 |
| 3.3.2 CVDSG的层数可控及堆垛特性研究 |
| 3.3.3 氢气刻蚀作用及偏析温度效应 |
| 3.3.4 CVDSG的霍尔器件测试 |
| 3.4 CVDSG与 GaN异质结构制备 |
| 3.4.1 石墨烯转移到GaN衬底的过程 |
| 3.4.2 石墨烯-GaN异质结的表征测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 石墨烯、SiC及金刚石异质结构外延生长研究 |
| 4.1 SiC外延法生长石墨烯的机理及实验相关设备 |
| 4.1.1 SiC外延法生长石墨烯的机理 |
| 4.1.2 高温CVD 设备和MPCVD设备 |
| 4.2 基于高温CVD设备外延SiC及与石墨烯异质结构制备 |
| 4.2.1 外延生长SiC研究 |
| 4.2.2 石墨烯与外延SiC异质结构制备 |
| 4.3 基于MPCVD在SiC衬底上外延生长石墨烯异质结构 |
| 4.3.1 实验过程及条件 |
| 4.3.2 结果和讨论 |
| 4.4 基于MPCVD的SiC、石墨烯和金刚石异质结构上生长 |
| 4.4.1 实验过程及条件 |
| 4.4.2 结果和讨论 |
| 4.5 基于MPCVD在目标衬底上石墨烯异质结构直接生长研究 |
| 4.5.1 实验过程及条件 |
| 4.5.2 结果和讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 石墨烯-GaN肖特基紫外探测器件研究 |
| 5.1 GaN慢速刻蚀对肖特基接触的影响 |
| 5.1.1 GaN慢速刻蚀的特性及低刻蚀损伤研究 |
| 5.1.2 慢速刻蚀的GaN垂直肖特基器件研究 |
| 5.2 石墨烯-GaN垂直型肖特基紫外探测器 |
| 5.2.1 器件的制作及表征 |
| 5.2.2 器件的光电性能测试 |
| 5.3 石墨烯-GaN纳米柱紫外探测器 |
| 5.3.1 GaN纳米柱的制作及表征 |
| 5.3.2 石墨烯-GaN纳米柱器件的制作 |
| 5.3.3 器件的光电性能测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 石墨烯与黑磷异质结制备及光电探测器件研究 |
| 6.1 石墨烯-黑磷异质结的制备和器件制作 |
| 6.1.1 石墨烯-黑磷异质结的制备和表征 |
| 6.1.2 石墨烯-黑磷的器件制作 |
| 6.2 石墨烯-黑磷光探测器光电性能测试 |
| 6.2.1 光电性能测试设备 |
| 6.2.2 可见光波段的光电性能测试 |
| 6.2.3 红外波段的光电性能测试 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论及创新点 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（3）超硬材料合成方法、结构性能、应用及发展现状（论文提纲范文）
| 1 超硬材料主要合成方法概述 |
| 2 超硬材料的发展概况 |
| 2.1 国外超硬材料的发展概况 |
| 2.2 我国超硬材料发展过程概述 |
| 2.3 我国现在是超硬材料制造大国 |
| (1)我国超硬材料的产量居世界第一。 |
| (2)我国自主开发的六面顶压机装备和技术引领世界超硬材料生产领域。 |
| 3 超硬材料的结构与性能 |
| 3.1 金刚石的结构与性能 |
| (1)金刚石的化学成分 |
| (2)金刚石的晶体结构 |
| (3)金刚石是一种碳材料 |
| (4)金刚石的物理力学特性 |
| (5)金刚石的化学特性 |
| 3.2 cBN的结构与性能 |
| (1)结构 |
| (2)性能 |
| 4 超硬材料的应用概述 |
| 4.1 超硬材料制品的主要品种 |
| 4.2 天然钻石和人造钻石 |
| (1)天然钻石 |
| (2)人造钻石 |
| 4.3 cBN的主要应用 |
| 5 结语与展望 |
（4）量子微波磁场探测与成像系统及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 量子磁场探测与成像技术 |
| 1.1.1 量子磁场探测与成像技术研究现状 |
| 1.1.2 金刚石NV色心量子磁场探测技术的研究热点 |
| 1.2 量子微波磁场探测技术的应用 |
| 1.2.1 电磁兼容与近场测量 |
| 1.2.2 芯片级电磁兼容测试 |
| 1.2.3 近场测试技术的挑战 |
| 1.3 论文的研究内容与安排 |
| 第二章 金刚石中NV色心的研究基础 |
| 2.1 金刚石NV色心的物理性质 |
| 2.1.1 电子轨道和能级结构 |
| 2.1.2 吸收和荧光谱 |
| 2.1.3 电子自旋与光量子纠缠 |
| 2.1.4 塞曼分裂和ODMR谱 |
| 2.1.5 DC磁场探测及灵敏度分析 |
| 2.2 动态自旋与微波场探测 |
| 2.2.1 脉冲ODMR测量技术 |
| 2.2.2 Rabi振荡测量技术 |
| 2.2.3 Ramsey干涉测量法 |
| 2.2.4 自旋Hahn回声测量技术 |
| 2.3 金刚石NV色心的制备 |
| 2.3.1 辐照方法制备NV色心 |
| 2.3.2 表面刻蚀工艺制作金刚石NV色心探头 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于CCD的非破环性量子磁场成像系统 |
| 3.1 基于CCD的非破环性量子磁场成像系统架构 |
| 3.1.1 科勒照明技术与共聚焦技术 |
| 3.1.2 CCD量子磁场成像系统架构 |
| 3.1.3 激光和微波泵浦 |
| 3.1.4 微波场重构算法 |
| 3.2 实验建立与数据 |
| 3.2.1 ODMR微波场强度校准实验 |
| 3.2.2 Rabi振荡与Ramsey振荡实验 |
| 3.2.3 对螺旋天线的微波场成像实验 |
| 3.3 系统性能分析 |
| 3.3.1 灵敏度分析 |
| 3.3.2 系统成像效率与空间分辨率分析 |
| 3.3.3 分析结论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于AM/FM脉冲调制方法的量子磁场成像系统 |
| 4.1 高灵敏度AM/FM脉冲调制量子磁场成像系统 |
| 4.1.1 虚拟仪器平台的设计 |
| 4.2 高灵敏度量子磁场成像方法 |
| 4.2.1 基于AM/FM脉冲调制的光探测磁共振技术 |
| 4.2.2 源场与表面电流重构算法 |
| 4.3 实验结果 |
| 4.4 系统性能分析 |
| 4.4.1 灵敏度分析 |
| 4.4.2 系统成像效率与空间分辨率分析 |
| 4.4.3 分析结论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 中低频量子磁场成像系统及其在芯片领域的应用 |
| 5.1 自旋混合与中低频磁场测量 |
| 5.1.1 GSLAC自旋混合效应 |
| 5.1.2 偏NV轴磁场偏置的自旋混合与全光磁场成像 |
| 5.2 中低频量子磁场成像系统实现及实验 |
| 5.2.1 成像系统和方法 |
| 5.2.2 实验结果 |
| 5.2.3 结果分析 |
| 5.3 量子磁场测量在芯片电磁兼容领域的应用研究 |
| 5.3.1 系统架构 |
| 5.3.2 芯片表面微波场成像及电磁兼容问题分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究内容总结 |
| 6.2 研究方向展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读博士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（5）金刚石表面状态控制及应用基础研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 金刚石的性能及制备方法 |
| 2.1.1 金刚石的优异性能 |
| 2.1.2 金刚石的制备 |
| 2.1.3 国内外金刚石制备技术的发展 |
| 2.2 金刚石表面的高效机械平整化控制 |
| 2.2.1 金刚石的化学辅助机械抛光 |
| 2.2.2 催化金属辅助摩擦抛光 |
| 2.2.3 高速动态摩擦抛光 |
| 2.3 金刚石的等离子体刻蚀表面状态控制 |
| 2.3.1 金刚石等离子体刻蚀原理 |
| 2.3.2 金刚石刻蚀形貌演变机制 |
| 2.3.3 金刚石的氧基等离子体刻蚀表面控制 |
| 2.3.4 金刚石的氢等离子体刻蚀表面控制 |
| 2.4 金刚石质量损伤及表面键态对其应用性能的影响 |
| 2.4.1 质量损伤及表面键态对电磁波环境下介电特性的影响 |
| 2.4.2 质量损伤及表面键态对表面导电及输运特性的影响 |
| 3 研究内容和实验方法 |
| 3.1 研究内容和思路 |
| 3.1.1 研究内容 |
| 3.1.2 研究思路 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 金刚石膜片的制备方法 |
| 3.2.2 金刚石膜片表征方法 |
| 3.2.3 金刚石的预处理及处理后的表面状态 |
| 4 金刚石高速机械平整化控制过程及表面键态演变机制 |
| 4.1 不同质量金刚石膜片的制备及表征 |
| 4.1.1 金刚石膜片的制备及预处理 |
| 4.1.2 金刚石膜片的基本物相特征 |
| 4.2 金刚石膜片的高速平整化控制系统及过程 |
| 4.3 金刚石高速平整化过程的控制影响因素 |
| 4.3.1 平整化过程外加载荷的影响 |
| 4.3.2 平整化过程持续时间的影响 |
| 4.3.3 平整化过程线性速度的影响 |
| 4.4 金刚石高速平整化过程控制优化 |
| 4.5 基于优化高速平整化过程的金刚石膜片表面状态 |
| 4.6 金刚石高速平整化机制及表面键态演变 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 高速机械平整化金刚石质量损伤精细分析及对应用响应的影响 |
| 5.1 金刚石高速平整化所致亚表面损伤的演化分析 |
| 5.2 金刚石动态抛光质量损伤的拉曼光谱精细分析 |
| 5.3 不同质量多晶金刚石的亚表面损伤分析 |
| 5.4 金刚石质量损伤的太赫兹精细分析及响应 |
| 5.4.1 金刚石膜片损伤控制及质量分析 |
| 5.4.2 金刚石太赫兹超精细质量分析应用测试系统 |
| 5.4.3 金刚石质置差异及损伤对太赫兹波段精细吸收响应的影响 |
| 5.4.4 金刚石质量差异及损伤对太赫兹波段介电响应的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 金刚石氧基等离子体刻蚀表面形貌演变及状态控制 |
| 6.1 金刚石制备及表面等离子刻蚀控制 |
| 6.1.1 金刚石膜片的制备及质量检测 |
| 6.1.2 ICP反应离子刻蚀控制 |
| 6.2 金刚石不同氧基体系ICP反应离子刻蚀速率 |
| 6.3 金刚石不同氧基体系ICP反应离子刻蚀表面形貌控制 |
| 6.3.1 低偏置射频功率不同辅助气体条件下表面形貌及演变 |
| 6.3.2 高偏置射频功率不同辅助气体条件下表面形貌及演变 |
| 6.4 基于优化刻蚀工艺的图形化单晶金刚石表面平整化控制应用 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 金刚石不同氧基体系等离子刻蚀表面反应与键态 |
| 7.1 金刚石不同氧基体系ICP刻蚀的化学反应过程 |
| 7.2 金刚石不同氧基体系ICP反应离子刻蚀的物相及表面键态 |
| 7.2.1 低偏置射频功率不同辅助气体条件下的物相及表面键态 |
| 7.2.2 高偏置射频功率不同辅助气体条件下的物相及表面键态 |
| 7.3 金刚石不同气基体系ICP反应离子刻蚀温度变化 |
| 7.4 本章小结 |
| 8 金刚石氢基等离子体表面形貌及半导体化控制 |
| 8.1 金刚石的制备及质量表征 |
| 8.2 未半导体化(绝缘)表面键态 |
| 8.3 金刚石氢等离子体表面状态控制及演变 |
| 8.3.1 金刚石氢等离子体刻蚀表面形貌控制 |
| 8.3.2 金刚石表面氢等离子体刻蚀形貌演变机制 |
| 8.3.3 金刚石表面氢等离子体刻蚀表面状态演变 |
| 8.4 金刚石表面氢等离子体半导体化及SGFET结构制备 |
| 8.4.1 金刚石表面氢等离子体半导体化过程控制优化 |
| 8.4.2 基于表面半导体化金刚石膜片结构设计及制备 |
| 8.5 本章小结 |
| 9 金刚石表面碳氢键的应用损伤及无损修复 |
| 9.1 氢终端金刚石液态环境的直流特性响应 |
| 9.2 金刚石表面碳氢键的反应损伤 |
| 9.3 金刚石表面氢终端键无损修复 |
| 9.3.1 金刚石负电势线性扫描及表面碳氢键的修复 |
| 9.3.2 表面键态修复后的金刚石性能 |
| 9.4 金刚石表面化学键反应与修复机制 |
| 9.5 本章小结 |
| 10 结论 |
| 11 创新点 |
| 12 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（6）人造金刚石的微观结构模型（论文提纲范文）
| 0 引 言 |
| 1 实 验 |
| 1.1 原 料 |
| 1.2 制样及TEM观测 |
| 2 结果与讨论 |
| 2.1 微粉的XRD分析 |
| 2.2 金刚石微粉的SEM分析 |
| 2.3 金刚石晶粒的TEM分析 |
| 2.4 金刚石晶粒的微观结构模型 |
| 3 结 论 |
（7）Si-N共掺杂金刚石薄膜的结构与制备研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 N掺杂金刚石薄膜的研究现状 |
| 1.3 Si掺杂金刚石薄膜的研究现状 |
| 1.4 Si-N共掺杂薄膜的研究现状 |
| 1.5 纳米金刚石薄膜的硬度研究 |
| 1.6 存在问题 |
| 1.7 研究目的和主要内容 |
| 1.7.1.研究目的 |
| 1.7.2.研究内容 |
| 第二章 研究及试验方法 |
| 2.1 理论介绍 |
| 2.1.1.第一性原理计算 |
| 2.1.2.密度泛函理论 |
| 2.1.3.VASP软件包 |
| 2.2 实验方法 |
| 2.2.1.CVD实验机理 |
| 2.2.2.CVD实验设备 |
| 2.2.3.表征仪器 |
| 第三章 Si-N共掺杂金刚石电学计算 |
| 3.1 Si-N共掺杂金刚石的形成能和电子结构 |
| 3.1.1.Si和N及其共掺体掺杂金刚石的形成能 |
| 3.1.2.N掺和Si-N共掺杂金刚石的能带 |
| 3.1.3.N掺和Si-N共掺杂金刚石的态密度 |
| 3.1.4.N掺和Si-N共掺杂金刚石的电荷结构 |
| 3.2 N掺杂Si C的形成能,能带及态密度 |
| 3.3 结论 |
| 第四章 掺杂纳米金刚石薄膜的制备实验 |
| 4.1 纳米金刚石薄膜的制备 |
| 4.2 微粉植晶法金刚石薄膜的制备与检测 |
| 4.2.1.Si掺及共掺杂金刚石薄膜的AFM形貌 |
| 4.2.2.Si掺及共掺杂金刚石薄膜的SEM形貌 |
| 4.3 纳米金刚石薄膜的制备与检测 |
| 4.3.1.TMS通量对薄膜形貌的影响 |
| 4.3.2.Si掺杂纳米金刚石薄膜的XRD检测 |
| 4.3.3.Si掺纳米金刚石薄膜的RAMAN检测 |
| 4.3.4.TMS通量对薄膜机械性能的影响 |
| 4.3.5.CH4通量对薄膜形貌的影响 |
| 4.3.6.CH4通量对薄膜机械性能的影响 |
| 4.3.7.Si-N共掺纳米金刚石薄膜的形貌检测 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 索引 |
| 图列表 |
| 表格列表 |
| 在学研究成果 |
| 一、在学期间参与的科研项目 |
| 二、在学期间发表期刊论文 |
| 致谢 |
（8）金刚石钛相关缺陷的第一性原理研究及SiV-色心实验制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 金刚石色心研究现状 |
| 1.3 过渡金属元素相关金刚石色心研究现状 |
| 1.4 课题研究的目的及意义 |
| 第二章 理论基础及实验研究方法 |
| 2.1 第一性原理的理论基础 |
| 2.2 薛定谔方程及密度泛函理论 |
| 2.2.1 薛定谔方程 |
| 2.2.2 绝热近似 |
| 2.2.3 密度泛函理论 |
| 2.3 VASP软件包 |
| 2.4 实验研究方法简介 |
| 2.4.1 实验仪器 |
| 2.4.2 退火及表面去石墨技术 |
| 2.4.3 激光共聚焦荧光检测 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 金刚石钛相关缺陷研究 |
| 3.1 计算细节 |
| 3.2 金刚石SiV~-色心研究 |
| 3.3 金刚石Ti相关缺陷研究 |
| 3.3.1 金刚石Ti相关缺陷结构 |
| 3.3.2 金刚石Ti相关缺陷的稳定性 |
| 3.3.3 金刚石TiV缺陷的电子结构 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 氮、硼共掺杂金刚石钛空位缺陷研究 |
| 4.1 N、B共掺杂金刚石钛相关缺陷结构 |
| 4.2 N、B共掺杂金刚石钛空位缺陷结构稳定性 |
| 4.3 N、B共掺杂金刚石钛空位缺陷电子结构研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 SiV~-色心的制备及金刚石掺Ti实验探究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 金刚石SiV~-色心的制备与检测 |
| 5.2.1 金刚石SiV~-色心的制备 |
| 5.2.2 金刚石SiV~-色心的检测 |
| 5.3 金刚石掺Ti实验探究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 索引 |
| 图列表 |
| 表格列表 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（9）金刚石在复杂应变下的应力响应及物理性质（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 金刚石的起源 |
| 1.2 金刚石的自然形成及开采 |
| 1.3 金刚石的人工合成 |
| 1.3.1 高温高压法 |
| 1.3.2 化学气相沉积法 |
| 1.4 碳的相图和同素异构体 |
| 1.5 金刚石的主要性能及应用 |
| 1.6 金刚石最新制备及表征进展 |
| 1.7 论文选题的目的和意义 |
| 第二章 理论依据 |
| 2.1 密度泛函理论 |
| 2.1.1 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.1.2 Kohn-Sham方程 |
| 2.1.3 交换关联泛函 |
| 2.2 声子能带计算 |
| 2.3 应力-应变关系 |
| 2.4 BCS超导理论 |
| 第三章 金刚石的结构延展性和电子传导性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 受限剪切下金刚石的原子结构延展性 |
| 3.3.2 受限剪切下金刚石的电子传导性 |
| 3.3.3 受限剪切下金刚石的电子传导行为的鲁棒性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 金刚石在压缩-剪切形变下的超导电性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算细节 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 金刚石超导性质随应变的演变 |
| 4.3.2 金刚石超导电性的起源机制 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 金刚石极端应力场分布 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 计算细节 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 拉伸 |
| 5.3.2 剪切 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及科研成果 |
| 攻读博士期间公开发表的学术论文 |
| 致谢 |
（10）电子辐照及离子注入对单晶金刚石光电性能的影响与机制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 金刚石材料简介 |
| 1.2.1 金刚石的结构及性质特点 |
| 1.2.2 金刚石的应用及发展方向 |
| 1.2.3 单晶金刚石合成技术发展 |
| 1.3 金刚石掺杂技术研究 |
| 1.3.1 金刚石掺杂方法 |
| 1.3.2 金刚石掺杂分类 |
| 1.4 金刚石缺陷及NV色心发光研究 |
| 1.4.1 金刚石中常见缺陷简介 |
| 1.4.2 金刚石NV色心性质及制备 |
| 1.4.3 金刚石NV色心应用及研究进展 |
| 1.5 金刚石离子注入及其探测器研究 |
| 1.5.1 金刚石电子辐照 |
| 1.5.2 金刚石离子注入掺杂 |
| 1.5.3 金刚石紫外和粒子探测器研究进展 |
| 1.6 本论文主要研究内容 |
| 第2章 试验材料及研究方法 |
| 2.1 试验材料 |
| 2.2 带电粒子辐照/注入试验方案 |
| 2.3 仿真分析软件及参数 |
| 2.4 材料结构表征与性能测量方法 |
| 2.4.1 紫外-可见光分光光度计(UV-vis) |
| 2.4.2 激光拉曼光谱(Raman) |
| 2.4.3 电子顺磁共振(EPR) |
| 2.4.4 光致发光光谱(PL) |
| 2.4.5 卢瑟福背散射/沟道谱(RBS/C) |
| 2.4.6 原子力显微镜(AFM) |
| 2.4.7 霍尔效应测量(Hall) |
| 第3章 电子辐照/N~+注入光学级单晶金刚石的NV色心及其演化 |
| 3.1 电子辐照单晶金刚石的结构损伤及NV色心演化 |
| 3.1.1 电子辐照金刚石CASINO计算 |
| 3.1.2 电子辐照对金刚石光学性能的影响 |
| 3.1.3 电子辐照金刚石Raman光谱分析 |
| 3.1.4 电子辐照金刚石的缺陷和NV色心表征 |
| 3.2 N离子注入单晶金刚石的结构损伤及NV色心演化 |
| 3.2.1 N离子注入金刚石SRIM计算 |
| 3.2.2 N离子注入对金刚石光学性能的影响 |
| 3.2.3 N离子注入金刚石Raman光谱分析 |
| 3.2.4 N离子注入金刚石的缺陷和NV色心表征 |
| 3.3 N离子+电子综合作用单晶金刚石耦合效应 |
| 3.3.1 N离子+电子综合作用对金刚石光学性能的影响 |
| 3.3.2 N离子+电子综合作用Raman光谱分析 |
| 3.3.3 N离子+电子综合作用下金刚石辐照缺陷表征 |
| 3.3.4 N离子+电子综合作用下金刚石NV色心演变 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 O/S离子注入电子级单晶金刚石损伤及电学性能 |
| 4.1 高纯电子级单晶金刚石的O/S离子注入参数设计 |
| 4.2 O/S离子注入单晶金刚石的结构损伤行为 |
| 4.2.1 O/S离子注入对金刚石Raman光谱表征与分析 |
| 4.2.2 O/S离子注入金刚石的RBS/C表征与分析 |
| 4.2.3 O/S离子注入对金刚石表面微观形貌表征与分析 |
| 4.3 O/S离子注入单晶金刚石电学性能演化 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
四、我国首次合成纳米级金刚石晶体薄膜（论文参考文献）
- [1]HTHP和MPCVD单晶金刚石结晶质量和刻蚀对比研究[D]. 韩晓桐. 山东大学, 2021(09)
- [2]石墨烯与新型半导体材料异质结构制备及器件研究[D]. 张学敏. 长春理工大学, 2021(01)
- [3]超硬材料合成方法、结构性能、应用及发展现状[J]. 张旺玺,梁宝岩,李启泉. 超硬材料工程, 2021(01)
- [4]量子微波磁场探测与成像系统及其应用研究[D]. 杨博. 南京邮电大学, 2019(03)
- [5]金刚石表面状态控制及应用基础研究[D]. 郑宇亭. 北京科技大学, 2021
- [6]人造金刚石的微观结构模型[J]. 黄海芳,黄凯,谷继腾,方克明. 人工晶体学报, 2020(07)
- [7]Si-N共掺杂金刚石薄膜的结构与制备研究[D]. 诸葛晨昱. 内蒙古科技大学, 2020(12)
- [8]金刚石钛相关缺陷的第一性原理研究及SiV-色心实验制备[D]. 陈路华. 内蒙古科技大学, 2020(12)
- [9]金刚石在复杂应变下的应力响应及物理性质[D]. 刘畅. 吉林大学, 2020(08)
- [10]电子辐照及离子注入对单晶金刚石光电性能的影响与机制[D]. 王旋. 哈尔滨工业大学, 2020(01)