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圆筒电极对离子磁电加热的影响

物理学报 2013年第1期62卷 245-250页

作者：马志斌沈武林吴俊严垒汪建华武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉430073

高效的磁电加热不仅能够提高电子回旋共振(ECR)等离子体的离子温度,还能改善离子的径向和轴向分布,促进ECR等离子体在化学气相沉积金刚石膜刻蚀中的应用.将磁电加热系统中的圆环电极改进为圆筒电极,研究了圆筒电极对离子磁电加热的影响... 详细信息

高效的磁电加热不仅能够提高电子回旋共振(ECR)等离子体的离子温度,还能改善离子的径向和轴向分布,促进ECR等离子体在化学气相沉积金刚石膜刻蚀中的应用.将磁电加热系统中的圆环电极改进为圆筒电极,研究了圆筒电极对离子磁电加热的影响,对比了圆筒和圆环电极加热离子的区别.结果表明:在同一阳极偏压下,圆筒比圆环电极更有利于提高离子温度,圆筒电极加热时各径向位置的离子温度升高的幅度较大,其中圆筒电极内部的离子温度径向分布差异较大,而圆筒下游的离子温度径向分布比较均匀;磁电加热对离子密度的影响很小;采用圆筒电极加热时,有利于离子向轴向下游的输运,改善了离子的轴向均匀性.

关键词： ECR等离子体磁电加热离子温度

单晶金刚石边缘表面倾斜角度对同质外延生长的影响

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物理学报 2018年第24期67卷 245-251页

作者：耿传文夏禹豪赵洪阳付秋明马志斌武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉430073

利用微波等离子体化学气相沉积法,对单晶金刚石(100)晶面边缘进行精细切割抛光处理,形成偏离(100)晶面不同角度的倾斜面,在CH_4/H_2反应气体中进行同质外延生长,研究单晶金刚石边缘不同角度倾斜面对边缘金刚石外延生长的影响.实验结果表... 详细信息

利用微波等离子体化学气相沉积法,对单晶金刚石(100)晶面边缘进行精细切割抛光处理,形成偏离(100)晶面不同角度的倾斜面,在CH_4/H_2反应气体中进行同质外延生长,研究单晶金刚石边缘不同角度倾斜面对边缘金刚石外延生长的影响.实验结果表明,边缘倾斜面角度对边缘的单晶外延生长质量有影响,随着单晶金刚石边缘倾斜面角度的增大,边缘多晶金刚石数量先减少后增多,在倾斜角3.8°时边缘呈现完整的单晶外延生长特性.分析认为,边缘不同角度的倾斜面会改变周围电场强度和等离子体密度,导致到达衬底表面的含碳前驱物发生改变,倾斜面台阶表面的含碳前驱物浓度低于能形成层状台阶生长的临界浓度是减弱单晶金刚石生长过程中边缘效应的主要原因.

关键词：单晶金刚石倾斜面化学气相沉积边缘台阶

热丝CVD沉积金刚石薄膜时的等离子体空间分布研究

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光谱学与光谱分析 2016年第8期36卷 2601-2606页

作者：易成王传新范咏志代凯马志斌王升高满卫东吴超武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室湖北武汉430073

采用热丝化学气相沉积(chemical vapordeposition,CVD)的方法,以丙酮为碳源生长金刚石薄膜时,利用等离子体发射光谱对生长过程中的等离子体空间分布进行了在线诊断。采用SEM,Raman光谱分别对沉积金剐石膜表面、断面的形貌和质量进行表... 详细信息

采用热丝化学气相沉积(chemical vapordeposition,CVD)的方法,以丙酮为碳源生长金刚石薄膜时,利用等离子体发射光谱对生长过程中的等离子体空间分布进行了在线诊断。采用SEM,Raman光谱分别对沉积金剐石膜表面、断面的形貌和质量进行表征。光谱分析表明,对于线性阵列布丝情况下,中心区域与边缘区域的基团分布存在差异,中心区温度高,裂解能力强,基团强度高于两边,但中心区域基团特征峰强度的变化比等离子球平缓的多;距离热丝越远,热辐射减小,从丙酮分子中裂解出CH和CO等基团以及由原子H激发的H_β与H_α等强度降低,反而使得复合生成的C2基团增加。SEM测试结果表明,当丝基间距为4.5,5.5,6.5 mm时,所沉积的金刚石薄膜表面由致密规则晶面向混乱转变,且单位时间内的生长速率也依次降低,此外,Raman光谱表明随着纵向间距的加大,金刚石薄膜的质量随之降低。这与诊断结果中CH和CO强度的降低,C_2基团强度增加及基团C_2/H_α比强度下降相吻合。

关键词：热丝CVD 金刚石薄膜发射光谱空间分布

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氮化碳晶体的研究进展

新型炭材料 2006年第3期21卷 277-284页

作者：马志斌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湖北武汉430073

介绍了氮化碳晶体的合成与表征研究进展,分析了氮化碳晶体合成中存在的主要困难。分析表明:现有的研究结果还没有给出氮化碳晶体合成的确信证据。高温高压法的主要困难在于反应前驱体的选择与制备以及在高压过程中对热力学参数进行有效... 详细信息

介绍了氮化碳晶体的合成与表征研究进展,分析了氮化碳晶体合成中存在的主要困难。分析表明:现有的研究结果还没有给出氮化碳晶体合成的确信证据。高温高压法的主要困难在于反应前驱体的选择与制备以及在高压过程中对热力学参数进行有效地控制;等离子体化学气相沉积中,基体原子,主要是硅原子对氮化碳晶体的合成有很大的影响,但目前缺少这方面的系统研究。反应溅射合成时需要解决的困难是在保持较低基片温度的同时如何提高反应气氛中的N原子含量,寻求高比例的sp3C─N单键的合成条件。电化学方法利用了前驱体中的碳氮单键,能够有效地降低反应能垒和沉积温度,需要解决的问题是如何促进合成产物的晶化和减少副产物。综合运用多种合成技术如在较低的基片温度下,在氮等离子体中通过溅射含有碳氮单键的有机前驱体而引入大量的碳氮单键,控制硅原子在氮化碳晶体生长中的影响程度将是今后氮化碳晶体合成研究的有效途径。

关键词：氮化碳晶体合成晶体表征

Bi5Ti3FeO15薄膜的结构和多铁性研究

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无机材料学报 2017年第10期32卷 1018-1022页

作者：黄志登赵洪阳马志斌付秋明陶洪梵子冉武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉430073

采用脉冲激光沉积的方法,在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上生长Bi_5Ti_3FeO_(15)(BTFO15)多铁性薄膜,并对其结构、磁性、铁电性、铁电畴等进行了研究。通过X射线衍射、扫描电镜以及高角环形暗场像–扫描透射电镜测试,结果表明,薄膜具有高结晶度... 详细信息

采用脉冲激光沉积的方法,在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上生长Bi_5Ti_3FeO_(15)(BTFO15)多铁性薄膜,并对其结构、磁性、铁电性、铁电畴等进行了研究。通过X射线衍射、扫描电镜以及高角环形暗场像–扫描透射电镜测试,结果表明,薄膜具有高结晶度和完美层状晶格结构,两层Bi原子层紧密堆积,两层Bi_2O_2之间有三层Bi层和三层Ti(Fe)O_6八面体层,构成三明治结构;在室温下的磁滞回线和电滞回线证实了弱铁磁性和铁电性的共存;采用压电响应力显微镜研究了薄膜的畴结构,在面内和面外分别施加±3 V和±10 V的电压,观测到了畴反转。这些研究结果对理解多铁性材料的微观结构和宏观特性的相互调制有重要意义。

关键词： Bi5Ti3FeO15薄膜多铁性铁电畴

有机改性蒙脱土的制备及其对聚乙烯-聚苯乙烯相态和力学性能的影响

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复合材料学报 2019年第7期36卷 1650-1657页

作者：柯贤忠刘治田胡芹游峰张旗武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室

利用Gemini表面活性剂对蒙脱土进行插层改性制备得到有机改性蒙脱土(OMMT),采用溶液混合法制备了OMMT/聚苯乙烯(PS)母料,将OMMT/PS母料与聚乙烯(PE)熔融共混制备得到OMMT/PS-PE复合材料。研究了蒙脱土的插层改性对OMMT/PS-PE复合材料相... 详细信息

利用Gemini表面活性剂对蒙脱土进行插层改性制备得到有机改性蒙脱土(OMMT),采用溶液混合法制备了OMMT/聚苯乙烯(PS)母料,将OMMT/PS母料与聚乙烯(PE)熔融共混制备得到OMMT/PS-PE复合材料。研究了蒙脱土的插层改性对OMMT/PS-PE复合材料相形态和力学性能的影响。对OMMT进行FTIR、XRD、TG表征,结果表明Gemini表面活性剂成功插层进入蒙脱土层间。通过SEM和电子万能试验机研究了OMMT/PS-PE复合材料相结构、分散相粒径的及相态与力学性能之间的关系。结果表明,随着OMMT含量的增加,PS分散相的粒径逐渐减小;当OMMT含量为2.5wt%时,OMMT/PS-PE复合材料的相形态由“海-岛”转变为双连续结构。与未添加OMMT的PE-PS树脂相比,OMMT/PS-PE复合材料弯曲模量和断裂伸长率显著提高,分别提高了约18%和近50倍。

关键词：有机改性蒙脱土(OMMT) 聚乙烯聚苯乙烯相形态力学性能

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高气压MPCVD沉积金刚石的光谱研究

光谱学与光谱分析 2015年第11期35卷 3007-3011页

作者：曹为马志斌武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室湖北武汉430073

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。

关键词：高气压微波等离子体 CVD金刚石膜发射光谱拉曼光谱均匀性

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MPCVD法同质外延生长单晶金刚石

新型炭材料 2017年第1期32卷 92-96页

作者：严垒马志斌陈林付秋明吴超高攀武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室湖北武汉430073

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在高温高压(HPHT)下制备的单晶片上进行单晶金刚石同质外延生长,研究了甲烷浓度和衬底温度对金刚石生长的影响。利用扫描电子显微镜与激光拉曼光谱仪对生长前后的样品进行表征。结果表明,利用HPH... 详细信息

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在高温高压(HPHT)下制备的单晶片上进行单晶金刚石同质外延生长,研究了甲烷浓度和衬底温度对金刚石生长的影响。利用扫描电子显微镜与激光拉曼光谱仪对生长前后的样品进行表征。结果表明,利用HPHT单晶片上生长时,主要为层状生长和丘状生长模式,丘状生长易出现多晶结构。降低甲烷浓度能够降低丘状生长密度,提高金刚石表面平整度;金刚石生长速率随甲烷浓度、工作气压和衬底温度的增加而提高,但过高的甲烷浓度(72%)和衬底温度(1 150℃)会降低金刚石的质量。所生长出的单晶金刚石质量较为理想,衬底与生长层之间过渡比较自然,金刚石结晶度高,缺陷密度小,但随膜层增厚,非晶碳含量有所增加。

关键词：微波等离子体化学气相沉积同质外延单晶金刚石

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双路微波耦合反应腔的等离子体发射光谱分析

光谱学与光谱分析 2020年第11期40卷 3613-3616页

作者：李方辉何中文曹为赵洪阳付秋明许传波马志斌武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室湖北武汉430205

反应腔作为微波等离子体化学气相沉积法制备光纤预制棒的核心,其结构直接影响到反应腔内的电磁场分布,进而影响到等离子体状态,因此对反应腔的结构进行研究是十分有必要的。为了在反应腔中获得较高密度和较好均匀性的等离子体,提出了一... 详细信息

反应腔作为微波等离子体化学气相沉积法制备光纤预制棒的核心,其结构直接影响到反应腔内的电磁场分布,进而影响到等离子体状态,因此对反应腔的结构进行研究是十分有必要的。为了在反应腔中获得较高密度和较好均匀性的等离子体,提出了一种双路微波耦合反应腔结构,首先模拟计算了不同反应腔结构参数下反应腔内的电场分布规律,并以氧气作为工作气体,通过等离子体发射光谱探究了反应腔结构和工作气压对石英管内的等离子体分布的影响。研究结果表明:双路微波输入方式在石英管中心区域产生了很强的电场耦合增强效果。反应腔的内径对电场分布状态影响较大,在反应腔内径为86 mm时,石英管内的电场分布出现轴对称性,且轴向中心区域的等离子体密度最大。在两路矩形波导的距离为61.2 mm和反应腔的长度为202 mm时,反应腔内等离子体的强度和均匀性具有最佳分布。另外还发现,当气压从1.8 kPa上升到2.8 kPa时,反应腔内等离子体光谱强度减小,但靠近石英管内壁处的变化不明显,这与等离子体中粒子碰撞几率增加造成的能量损失和管壁存在的高温有关。

关键词：双路微波耦合反应腔发射光谱微波等离子体