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第1章金刚石薄膜的结构、特性及研究现状1

目录1

1.1 金刚石薄膜的结构2

1.1.1 金刚石薄膜的结构2

1.1.2 类金刚石薄膜的相结构和特性5

1.2金刚石薄膜的优异特性7

1.3.1研究历史13

1.3.2金刚石薄膜合成的新技术13

1.3金刚石薄膜的研究现状13

1.4金刚石薄膜发展前景15

参考文献18

第2章金刚石薄膜的合成方法19

2.1微波等离子体法20

2.1.1微波等离子体放电基本原理20

2.1.2微波等离子体反应器类型31

2.2等离子体喷射法39

2.2.1 等离子体喷射法原理39

2.2.2直流弧光喷射41

2.2.3射频电感耦合等离子体喷射42

2.2.4微波等离子体喷射43

2.3 热丝法44

2.3.1基本工作原理与设备44

2.3.2源气体组合45

2.3.3 热丝材料45

2.3.4 强迫对流的HFCVD46

2.3.5 用HFCVD法的金刚石织构和外延生长46

2.4.1低温金刚石沉积47

2.4 其他CVD方法47

2.4.2激光辅助金刚石膜的合成49

2.4.3 卤化CVD金刚石沉积54

2.4.4 水热法生长金刚石膜55

2.4.5燃烧火焰法55

参考文献57

第3章异质外延和高取向金刚石沉积59

3.1 在各种衬底上的异质外延和高取向金刚石膜60

3.1.1金属衬底60

3.1.2 c-BN衬底63

3.2 在SiC和Si上的成核和生长64

3.3选择生长和表面形貌69

3.4 异质外延金刚石膜的电学性质72

参考文献75

第4章金刚石薄膜的热学、光学和力学性质及应用77

4.1 金刚石膜的热学性质及应用77

4.1.1绝缘体的热导率77

4.1.2金刚石薄膜中声子散射机理78

4.1.3 金刚石薄膜热导率的测量方法（稳态技术法）84

4.2.1金刚石膜的光学特性86

4.2金刚石膜的光学性质及应用86

4.2.2金刚石膜作为红外窗口材料和性能90

4.2.3金刚石窗口的制备95

4.3金刚石膜的力学性质及涂层刀具97

4.3.1金刚石薄膜涂层刀具特点（切削性能）97

4.3.2 CVD－金刚石涂层刀具同其他刀具技术性能比较100

4.3.3 国内CVD金刚石涂层刀具的技术性能102

参考文献108

第5章 CVD金刚石电子器件109

5.1 有源金刚石膜的生长112

5.2.1掺杂原理与掺杂水平113

5.2金刚石薄膜的掺杂113

5.2.2硼掺杂技术114

5.2.3硼掺杂的I-V特性115

5.2.4硼掺杂的红外吸收特性118

5.3金刚石欧姆接触122

5.3.1金刚石表面122

5.3.2欧姆接触122

5.3.3整流金属接触123

5.5.1 肖特基二极管的I-V和C-V特性124

5.4金刚石p-n结二极管124

5.5 肖特基二极管124

5.5.2 肖特基二极管的制备126

5.5.3 肖特基二极管的性能128

5.5.4 肖特基二极管的大致水平128

5.5.5高温肖特基二极管129

5.6 晶体管130

5.6.1 金刚石场效应晶体管（FET）类型130

5.6.4场效应管存在的问题132

5.6.2 场效应晶体管输出特性132

5.6.3场效应管逻辑电路132

5.6.5场效应管的现状134

5.7金刚石薄膜紫外光探测器134

5.7.1 紫外探测器的制备134

5.7.2控测器性能135

参考文献137

第6章CVD金刚石膜冷阴极场电子发射139

6.1 电子亲和势和负电子亲和势141

6.2.2场致发射方程——F-N公式143

6.2场电子发射和冷阴极制备143

6.2.1 电子发射类型143

6.2.3 金刚石在FED中的应用145

6.2.4金刚石薄膜的场发射性能148

6.3场发射机理151

6.3.1几种模型151

6.3.2影响金刚石场发射的主要因素159

参考文献161

7.1 用于X射线探测器的CVD金刚石窗口164

第7章金刚石薄膜X射线窗口和光刻掩模版164

7.1.1 X射线探测器窗口的特性和要求165

7.1.2金刚石薄膜窗口的机械稳定性166

7.1.3 问题与替代窗口材料168

7.2 用于X射线管的CVD金刚石窗口168

7.2.1 对金刚石X射线管窗口的要求169

7.2.2 金刚石X射线管窗口的制备与特性169

7.3 用于X射线光刻掩模版的CVD金刚石171

7.3.1 对X射线光刻掩模版的要求173

7.3.2金刚石光刻掩模版的制备与特性174

7.4总结与展望176

参考文献177

第8章金刚石膜温度和压力传感器179

8.1金刚石传感器工艺180

8.1.1本征金刚石薄膜的生长180

8.1.2金刚石传感器的掺杂181

8.1.3金刚石膜的图形化技术及清洁183

8.1.4金刚石传感器的欧姆接触186

8.2金刚石温度传感器187

8.2.1 电流导电机制188

8.2.2激活能和温度灵敏性188

8.2.3金刚石热敏电阻190

8.3压阻式金刚石传感器190

8.3.1金刚石的压阻效应191

8.3.2压阻式金刚石微压力传感器191

参考文献195

9.1.1 SAW材料198

9.1 SAW材料与通信198

第9章金刚石声表面波（SAW）滤波器198

9.1.2通信和SAW器件201

9.2金刚石膜和SAW滤波器制作技术204

9.2.1金刚石膜制备204

9.2.2 SAW滤波器制作206

9.3 不同SAW结构的理论结果207

9.3.1 ZnO／金刚石207

9.3.2 SiO2/ZnO／金刚石209

9.3.3 LiNbO3／金刚石和LiTaO3／金刚石210

9.3.4层状结构理论211

9.4金刚石SAW特性及其应用212

9.4.1零温度系数212

9.4.2高功率耐久性214

参考文献216

第10章21世纪的CVD金刚石217

10.1 CVD金刚石工艺218

10.2光学元件221

10.3 热沉224

10.4 电子器件225

10.5新型金刚石膜生长技术227

10.5.1 三种新型金刚石膜制备技术227

10.5.2 日本金刚石电子功能材料研发计划230

10.6 CVD金刚石刀具235

10.7碳纳米管236

10.7.1碳纳米管的制备237

10.7.2碳纳米管的结构和生长机理240

10.7.3碳纳米管的应用247

参考文献253