第一篇 金刚石膜的制备

第1章 化学气相沉积金刚石膜概论

1.1 引言

1.2 化学气相沉积金刚石膜类型和沉积机理简介

1.2.1 化学气相沉积金刚石膜的类型

1.2.2 化学气相沉积金刚石膜的机理简介

1.3 金刚石膜制备方法简介

1.3.1 概述

1.3.2 热丝CVD

1.3.3 微波等离子体CVD

1.3.4 直流电弧等离子体喷射CVD

1.3.5 热阴极等离子体CVD

1.3.6 燃烧火焰沉积

1.3.7 激光诱导等离子体CVD

1.3.8 其他制备方法简介

1.4 微米晶金刚石膜

1.4.1 概述

1.4.2 沉积气氛

1.4.3 衬底

1.4.4 形核

1.4.5 生长形貌及其控制

1.4.6 生长速率与质量

1.4.7 金刚石自支撑膜

1.4.8 工具级金刚石自支撑膜

1.4.9 光学级金刚石自支撑膜

1.4.10 热沉级金刚石自支撑膜

1.4.11 电子级（探测器级）金刚石自支撑膜

1.4.12 金刚石薄膜

1.4.13 金刚石薄膜与衬底的结合力

1.4.14 金刚石膜工具涂层

1.4.15 金刚石薄膜光学涂层

1.4.16 电子学应用金刚石薄膜

1.4.17 金刚石膜热学应用

1.4.18 硼掺杂金刚石膜电极

1.4.19 金刚石膜声表面波器件

1.5 纳米晶金刚石膜和超纳米晶金刚石膜

1.6 CVD金刚石单晶

1.7 CVD金刚石膜的晶粒尺寸：从零到无穷大

1.8 碳家族

参考文献

第2章 热丝CVD

2.1 引言

2.2 HFCVD概述

2.2.1 HFCVD基本原理

2.2.2 HFCVD的特点及主要生长技术工艺参数

2.3 HFCVD金刚石膜沉积过程中的化学反应

2.3.1 原子氢的主要作用

2.3.2 原子氢的湮灭和复合

2.3.3 气相碳化学过程

2.3.4 能量、质量和动量传输

2.4 HFCVD系统的设计

2.4.1 灯丝材料选择及灯丝的碳化动力学过程

2.4.2 热丝系统设计要素

2.5 电子辅助HFCVD

2.5.1 直流负偏压

2.5.2 直流正偏压

2.6 HFCVD金刚石膜沉积技术

2.6.1 HFCVD金刚石膜沉积技术的基本工艺参数及其优化

2.6.2 金刚石膜涂层

2.6.3 金刚石厚膜

2.6.4 CVD金刚石掺杂和电化学电极

2.6.5 纳米晶金刚石膜和超纳米晶金刚石膜

2.6.6 大面积金刚石膜沉积

2.7 HFCVD金刚石膜沉积技术工业化

2.7.1 工业化金刚石涂层技术和设备

2.7.2 金刚石厚膜沉积设备

2.7.3 HFCVD金刚石膜的市场应用

2.8 结语

参考文献

第3章 微波等离子体CVD金刚石膜沉积技术

3.1 引言

3.2 微波激励下气体的放电现象

3.3 MPCVD金刚石膜沉积装置

3.3.1 石英管式MPCVD金刚石膜沉积装置

3.3.2 石英钟罩式MPCVD金刚石膜沉积装置

3.3.3 圆柱谐振腔式MPCVD金刚石膜沉积装置

3.3.4 环形天线式MPCVD金刚石膜沉积装置

3.3.5 椭球谐振腔式MPCVD金刚石膜沉积装置

3.4 915MHz频率的MPCVD金刚石膜沉积装置

3.5 几种其他类型的MPCVD金刚石膜沉积装置

3.5.1 利用毫米波实现激励的MPCVD金刚石膜沉积装置

3.5.2 电子回旋共振MPCVD金刚石膜沉积装置

3.5.3 微波等离子体喷射MPCVD金刚石膜沉积装置

3.5.4 线形MPCVD金刚石膜沉积装置

3.5.5 iplas型MPCVD金刚石膜沉积装置

3.6 我国MPCVD金刚石膜沉积装置技术的发展历史与现状

3.7 MPCVD金刚石膜沉积装置的模拟

3.7.1 MPCVD金刚石膜沉积装置中微波电场的分布模式

3.7.2 等离子体对MPCVD金刚石膜沉积装置中微波电场分布的影响

3.7.3 MPCVD金刚石膜沉积装置的模拟

3.8 MPCVD金刚石膜沉积技术的应用与展望

参考文献

第4章 直流电弧等离子体喷射CVD

4.1 引言

4.2 直流电弧等离子体喷射CVD的原理

4.2.1 直流电弧等离子体喷射CVD实验装置

4.2.2 等离子体炬内部的放电过程

4.2.3 气体流动和能量转换

4.2.4 直流电弧等离子体喷射CVD金刚石膜沉积概述

4.2.5 直流电弧等离子体喷射系统设计中应考虑的技术问题

4.3 历史回顾：直流电弧等离子体喷射大面积、高质量、高速率金刚石膜沉积

4.3.1 直流电弧等离子体喷射气体流动和温度分布的均匀性

4.3.2 直流电弧等离子体喷射大面积、高质量、高速率金刚石膜沉积研究回顾

4.4 旋转电弧气体循环高功率直流电弧等离子体喷射

4.4.1 高功率旋转电弧直流电弧等离子体喷射的原理

4.4.2 气体循环原理

4.4.3 高功率气体循环旋转电弧直流电弧等离子体喷射

4.5 高功率旋转电弧气体循环直流电弧等离子体喷射金刚石自支撑膜沉积及其性能

4.5.1 高功率旋转电弧气体循环直流电弧等离子体喷射金刚石膜沉积

4.5.2 旋转电弧气体循环直流电弧等离子体喷射制备的金刚石膜材料性能

4.6 工业应用

4.6.1 应用研究

4.6.2 直流电弧等离子体喷射金刚石膜沉积经济性分析

4.6.3 工业化应用

4.7 结语

参考文献

第5章 其他制备方法

5.1 直流热阴极等离子体CVD法

5.1.1 常规辉光气体放电特性

5.1.2 直流热阴极辉光放电特性

5.1.3 热阴极辉光放电阴极材料

5.1.4 装置设计及金刚石膜制备

5.1.5 金刚石膜的生长特性和性质

5.2 燃烧火焰法

5.3 电子回旋共振微波CVD法

5.4 射频放电CVD法

5.5 激光CVD法

参考文献

第6章 金刚石膜外延生长

6.1 同质外延生长

6.1.1 高速外延生长金刚石单晶

6.1.2 器件级金刚石外延膜

6.1.3 外延金刚石中的缺陷

6.2 异质外延生长

6.2.1 立方氮化硼

6.2.2 镍

6.2.3 铜

6.2.4 铂

6.2.5 铱

6.2.6 硅

参考文献

第7章 金刚石膜控制掺杂

7.1 引言

7.2 CVD金刚石膜的离子注入掺杂技术

7.3 CVD金刚石膜的生长过程掺杂技术

7.3.1 金刚石膜的硼掺杂

7.3.2 金刚石膜的氮掺杂

7.3.3 金刚石膜的磷掺杂

7.3.4 硼掺杂金刚石的氘化处理

7.3.5 金刚石膜的硫掺杂

7.3.6 金刚石膜的其他元素掺杂

7.4 金刚石膜的共掺杂

7.5 结语

参考文献

第二篇 金刚石膜组织结构和性能表征

第8章 金刚石膜组织结构表征方法

8.1 金刚石膜表面形貌表征方法

8.1.1 金刚石膜表面粗糙度和膜厚测试方法

8.1.2 金刚石膜表面形貌分析方法

8.2 金刚石膜组织结构表征方法

8.2.1 拉曼光谱

8.2.2 衍射分析方法

8.2.3 光谱分析方法

8.2.4 透射电镜

8.3 其他表征方法

8.3.1 二次离子质谱

8.3.2 电子顺磁共振

8.3.3 核反应分析法

8.4 金刚石膜膜基界面结合强度测试

8.4.1 拉离测试法

8.4.2 压痕测量法

8.4.3 刻痕测试法

8.4.4 刮剥式测量法

参考文献

第9章 金刚石薄膜表面性能

9.1 氢、氧终端金刚石薄膜的结构及性能

9.1.1 两种终端金刚石薄膜的电学性能

9.1.2 两种终端金刚石薄膜表面的电子结构

9.1.3 两种终端金刚石薄膜导电机理

9.1.4 氢、氧终端金刚石薄膜的电化学性能

9.2 金刚石薄膜的可修饰性

9.2.1 金刚石表面实施化学修饰的基本策略

9.2.2 导入卤素

9.2.3 导入氨基、氰基

9.2.4 导入氧基（羧基、羰基）

9.2.5 有机（生物）分子的修饰

9.2.6 金刚石表面的金属粒子及金属氧化物修饰

9.3 金刚石薄膜修饰后的应用

9.3.1 电分解（电氧化法废水处理）

9.3.2 电合成

9.3.3 电容器

9.3.4 电分析

9.3.5 电流型生物传感器

9.4 结语

参考文献

第10章 金刚石薄膜的电学性能

10.1 引言

10.2 金刚石薄膜的导电类型

10.2.1 本征导电

10.2.2 非本征导电

10.3 金刚石薄膜的导电机制

10.3.1 空间电荷限制传导

10.3.2 肖特基势垒注入

10.3.3 弗仑克尔-普尔传导

10.3.4 希尔传导

10.3.5 本征金刚石薄膜的传导机制

10.3.6 掺杂金刚石薄膜的传导机制

10.4 电阻（电导）率

10.4.1 本征金刚石薄膜

10.4.2 掺杂金刚石薄膜

10.4.3 金刚石薄膜的表面电导率

10.5 散射机制

10.5.1 声子散射

10.5.2 谷间散射

10.5.3 电离杂质散射

10.5.4 中性杂质散射

10.5.5 位错中的散射

10.5.6 表面和晶界

10.6 迁移率及漂移速度的测量

10.6.1 漂移运动与迁移率

10.6.2 金刚石薄膜中载流子迁移问题研究现状

10.6.3 漂移速度与电场强度的关系

10.6.4 载流子的俘获

10.6.5 电荷收集效率与电荷收集距离的关系

10.6.6 电荷收集效率与电场强度的关系

10.7 霍尔效应

10.7.1 霍尔效应测试原理

10.7.2 光霍尔测试

10.7.3 磷掺杂金刚石薄膜的霍尔测试

10.7.4 硼掺杂金刚石薄膜的霍尔测试

10.8 金刚石薄膜的超导电性

10.8.1 硼掺杂金刚石超导膜的制备与表征

10.8.2 实验参数对硼掺杂金刚石薄膜生长特性的影响

10.8.3 硼掺杂金刚石薄膜的超导特性

10.9 晶界及对其电学特性的影响

10.9.1 金刚石薄膜内晶界区域的场发射特性

10.9.2 晶界对金刚石薄膜表面电导的影响

10.9.3 晶界影响金刚石表面电学特性的机理

10.10 结语

参考文献

第11章 金刚石热学性质及应用

11.1 金刚石的热学性质

11.1.1 比热

11.1.2 热导率

11.1.3 热稳定性

11.2 金刚石热导率测试方法

11.2.1 闪光法

11.2.2 微桥法

11.2.3 3ω法

11.2.4 光热偏转法

11.3 金刚石热学应用

11.3.1 金刚石膜的热沉应用

11.3.2 铜基金刚石复合材料的应用

11.3.3 金刚石窗口材料的应用

11.3.4 金刚石在导热胶领域的应用

11.4 金刚石膜热学应用现状与展望

参考文献

第12章 金刚石膜力学性能

12.1 引言

12.2 硬度

12.3 断裂强度

12.3.1 金刚石膜断裂强度测试方法

12.3.2 金刚石膜的断裂强度

12.3.3 影响金刚石膜断裂强度的因素

12.4 断裂韧性

12.4.1 金刚石膜断裂韧性测试方法

12.4.2 金刚石膜的断裂韧性

12.5 动态力学性能

12.5.1 概述

12.5.2 金刚石膜的砂蚀性能

12.5.3 金刚石膜的雨蚀性能

12.5.4 金刚石膜在循环荷载作用下的力学行为

12.5.5 高温氧化对金刚石膜强度的影响

12.6 内应力

12.6.1 金刚石膜内应力测试方法

12.6.2 金刚石膜的内应力

12.6.3 金刚石膜内应力的影响因素

12.6.4 降低金刚石膜内应力的技术途径

12.7 摩擦磨损性能

参考文献

第13章 金刚石膜光学性能

13.1 引言

13.2 折射

13.2.1 天然金刚石

13.2.2 金刚石膜

13.3 反射

13.4 吸收

13.4.1 缺陷（杂质）引起的吸收带

13.4.2 本征吸收

13.5 拉曼散射

13.5.1 单声子拉曼散射

13.5.2 双声子拉曼散射

13.5.3 其他

13.6 光致发光

13.7 阴极发光

13.8 热辐射

13.9 光损伤

参考文献

第三篇 金刚石膜沉积理论

第14章 金刚石膜化学气相沉积理论

14.1 引言

14.2 金刚石化学气相沉积环境

14.2.1 原子氢

14.2.2 碳氢化合物基团

14.2.3 氧的影响

14.2.4 活性基团的气相输运

14.3 金刚石生长表面化学过程

14.3.1 基材表面化学反应过程

14.3.2 金刚石膜实验生长动力学

14.3.3 生长机制

14.4 金刚石膜质量与生长缺陷

14.4.1 晶体缺陷

14.4.2 杂质

参考文献

第15章 等离子体模拟与诊断

15.1 引言

15.2 金刚石膜沉积典型等离子体环境

15.2.1 等离子体特征

15.2.2 电子-中性粒子碰撞

15.2.3 离子-中性粒子碰撞

15.3 等离子体与衬底表面交互作用

15.3.1 电子与衬底表面的交互作用

15.3.2 离子与衬底表面的交互作用

15.3.3 中性粒子与衬底表面的相互作用

15.4 Boltzmann方程

15.4.1 等离子体的控制方程

15.4.2 输运系数

15.4.3 求解方法

15.4.4 CH4-H2等离子体模拟实例

15.5 金刚石沉积装置等离子体流场模拟

15.6 等离子体空间分辨谱研究

15.6.1 概述

15.6.2 诊断技术

参考文献

附录 缩略语

索引