- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

利用自行研制的强磁场螺旋波等离子体化学气相沉积装置(HWP-CVD), 通过改变等离子放电参数, 实现多种碳基薄膜制备. 利用朗缪尔探针、发射光谱以及质谱对Ar/CH ₄等离子体放电进行原位诊断; 用扫描电子显微镜和拉曼光谱对碳基薄膜进行表征. 结果表明: 在给定参数下, 等离子体放电模式均为螺旋波放电模式; 在给定CH ₄流量下, 等离子体中电子能量分布均足以使甲烷分子离解, 并形成含碳活性自由基. 通过CH ₄流量调整, 实现了不同碳基薄膜的制备. 研究表明: 当等离子体中富含CH和H自由基时, 适合类金刚石薄膜生长; 当等离子体中富含C ₂自由基和少H时, 适合垂直石墨烯纳米片生长. 根据等离子体诊断和薄膜表征结果, 提出了Ar螺旋波等离子体作用下甲烷分子的裂解机理, 建立了碳基薄膜的生长模型; 验证了Ar/CH ₄–HWP在碳基纳米薄膜制备中的可行性, 为HWP-CVD技术制备碳基纳米薄膜提供借鉴.

关键词:

Abstract

A variety of carbon-based thin films are prepared by self-developed helicon wave plasma chemical vapor deposition (HMHX, HWP-CVD) through changing the parameters of plasma discharge. The Ar/CH ₄plasma discharge is diagnosed in situby Langmuir probe, emission spectroscopy and mass spectrometry. The carbon thin films are characterized by scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy (Raman). The results show that under the given parameters, the plasma discharge modes are all helicon wave discharge modes. Under a given CH ₄flow rate, the energy distribution in the plasma is enough to dissociate the methane molecules and form carbon free radicals. The preparation of different carbon-based films is realized by adjusting the CH ₄fluence. The research result shows that when the plasma is rich in CH and H radicals, it is suitable for growing diamond-like carbon films. When the plasma is rich in C ₂radicals and less H, it is favorable for growing vertical graphene nanosheets. According to the results of plasma diagnosis and material characterization, the decomposition mechanism of methane molecules under the action of Ar helicon wave plasma (HWP) is proposed, and the growth model of carbon-based materials is established, the feasibility of Ar/CH ₄-HWP in the preparation of carbon-based nanomaterials is verified, which provides a reference for preparing the carbon-based materials by HWP-CVD technology.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.
3.
4.

通信作者:诸葛兰剑,ljzhuge@suda.edu.cn; 吴雪梅,xmwu@suda.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 11975163)、江苏省高等教育优势学科建设(PAPD)和江苏省研究生培养创新工程(批准号: KYCX20_2649)资助的课题

Authors and contacts

1.
2.
3.
4.

Corresponding author:Zhuge Lan-Jian,ljzhuge@suda.edu.cn; Wu Xue-Mei,xmwu@suda.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11975163), the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD), China, and the Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province, China (Grant No. KYCX20_2649)

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

等离子体中主要物质	产生过程	参考文献
Ar^+/*	${\rm{A} }{\rm{r} }\stackrel{ {{E} }\;{\rm{a} }{\rm{n} }{\rm{d} }\;{{H} } }{\longrightarrow }{\rm{Ar} }^{*}+{\rm{e} }^{-}$	[22,24]
	$ {\rm{Ar}}^{*}+{\rm{e}}^{-}\Rightarrow {\rm{Ar}}^{+}+{2{\rm{e}}}^{-} $
	$ {\rm{A}}{\rm{r}}+{\rm{e}}^{-}\Rightarrow {\rm{Ar}}^{*}+{\rm{e}}^{-} $
H	$ {\rm{Ar}}^{}+{{\rm{H}}}_{2}\Rightarrow {{\rm{A}}{\rm{r}}{\rm{H}}}^{}+{\rm{H}} $	[20,22,24]
	$ {\rm{CH}}_{4}+{\rm{e}}\Rightarrow {{\rm{CH}}_{3}}^{+}+{\rm{H}}+2{\rm{e}} $
	$ \Rightarrow {{\rm{CH}}_{2}}^{+}+{{\rm{H}}}_{2} $
	$ \Rightarrow {\rm{C}}{\rm{H}}+{\rm{H}}+{{\rm{H}}}_{2} $
	$ \Rightarrow {\rm{C}}+{2{\rm{H}}}_{2} $
CH	$ {\rm{C}}+{\rm{CH}}_{4}\rightleftharpoons {\rm{C}}{\rm{H}}+{\rm{CH}}_{3} $	[26]
CH	$ {\rm{CH}}_{2}^{*}+{\rm{H}}\leftrightarrows {\rm{C}}{\rm{H}}+{{\rm{H}}}_{2} $	[26]
C₂	$ {\rm{A}}{\rm{r}}+{{\rm{C}}}_{2}{{\rm{H}}}_{2}\Rightarrow {{\rm{C}}}_{2}+{{\rm{H}}}_{2}+{\rm{A}}{\rm{r}} $	[24]
	$ {\rm{C}}+{\rm{C}}{\rm{H}}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}+{\rm{H}} $
	$ {{\rm{C}}}_{2}{\rm{H}}+{\rm{H}}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}+{{\rm{H}}}_{2} $
	$ {{\rm{C}}}_{2}{\rm{H}}+{\rm{M}}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}+{\rm{H}}+{\rm{M}} $
C₂H₂	$ {\rm{C}}{\rm{H}}+{\rm{CH}}_{2}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}{{\rm{H}}}_{2}+{\rm{H}} $	[24,26]
	$ {\rm{CH}}_{2}+{\rm{CH}}_{2}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}{{\rm{H}}}_{2}+{{\rm{H}}}_{2} $
	$ {\rm{CH}}_{2}+{\rm{CH}}_{2}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}{{\rm{H}}}_{2}+2{\rm{H}} $
CH_n	$ {\rm{Ar}}^{+}+{\rm{CH}}_{4}\rightleftharpoons {\rm{CH}}_{n}+\left(4-n\right){\rm{H}}+{\rm{A}}{\rm{r}} $	[24]
CH_n	$ {\rm{e}}+{\rm{CH}}_{4}\rightleftharpoons {\rm{CH}}_{n}+\left(4-n\right){\rm{H}}+{\rm{e}} $	[24]

下载: 导出CSV

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]

[1]	李文秋, 唐彦娜, 刘雅琳, 王刚.电子温度各向异性对螺旋波等离子体中电磁模式的传播及功率沉积特性的影响. 必威体育下载 , 2023, 72(5): 055202.doi:10.7498/aps.72.20222048
[2]	李文秋, 赵斌, 王刚, 相东.螺旋波等离子体中螺旋波与Trivelpiece-Gould波模式耦合及线性能量沉积特性参量分析. 必威体育下载 , 2020, 69(11): 115201.doi:10.7498/aps.69.20200062
[3]	李文秋, 赵斌, 王刚.电子温度对螺旋波等离子体中电磁模式能量沉积特性的影响. 必威体育下载 , 2020, 69(21): 215201.doi:10.7498/aps.69.20201018
[4]	平兰兰, 张新军, 杨桦, 徐国盛, 苌磊, 吴东升, 吕虹, 郑长勇, 彭金花, 金海红, 何超, 甘桂华.螺旋波等离子体原型实验装置中天线的优化设计与功率沉积. 必威体育下载 , 2019, 68(20): 205201.doi:10.7498/aps.68.20182107
[5]	王艳梅, 唐颖, 张嵩, 龙金友, 张冰.飞秒时间分辨质谱和光电子影像对分子激发态动力学的研究. 必威体育下载 , 2018, 67(22): 227802.doi:10.7498/aps.67.20181334
[6]	谢会乔, 谭熠, 刘阳青, 王文浩, 高喆.中国联合球形托卡马克氦放电等离子体的碰撞辐射模型及其在谱线比法诊断的应用. 必威体育下载 , 2014, 63(12): 125203.doi:10.7498/aps.63.125203
[7]	郑仕健, 丁芳, 谢新华, 汤中亮, 张一川, 李唤, 杨宽, 朱晓东.高气压直流辉光CH4/H2等离子体的气相过程诊断. 必威体育下载 , 2013, 62(16): 165204.doi:10.7498/aps.62.165204
[8]	杜永权, 刘文耀, 朱爱民, 李小松, 赵天亮, 刘永新, 高飞, 徐勇, 王友年.双频容性耦合等离子体相分辨发射光谱诊断. 必威体育下载 , 2013, 62(20): 205208.doi:10.7498/aps.62.205208
[9]	翟晓东, 丁艳军, 彭志敏, 罗锐.N2第二正带系发射光谱的理论计算及实验研究. 必威体育下载 , 2012, 61(12): 123301.doi:10.7498/aps.61.123301
[10]	蒲昱东, 杨家敏, 靳奉涛, 张璐, 丁永坤.辐射输运实验中的Al等离子体发射光谱研究. 必威体育下载 , 2011, 60(4): 045210.doi:10.7498/aps.60.045210
[11]	彭志敏, 丁艳军, 杨乾锁, 姜宗林.基于OH自由基A2Σ + →X2Πr 电子带系发射光谱的温度测量技术. 必威体育下载 , 2011, 60(5): 053302.doi:10.7498/aps.60.053302
[12]	朱竹青, 王晓雷.飞秒激光空气等离子体发射光谱的实验研究. 必威体育下载 , 2011, 60(8): 085205.doi:10.7498/aps.60.085205
[13]	高勋, 宋晓伟, 郭凯敏, 陶海岩, 林景全.飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究. 必威体育下载 , 2011, 60(2): 025203.doi:10.7498/aps.60.025203
[14]	刘莉莹, 张家良, 郭卿超, 王德真.大气压等离子体辅助多晶硅薄膜化学气相沉积参数诊断. 必威体育下载 , 2010, 59(4): 2653-2660.doi:10.7498/aps.59.2653
[15]	唐京武, 黄笃之, 易有根.Au激光等离子体X射线发射光谱的理论研究. 必威体育下载 , 2010, 59(11): 7769-7774.doi:10.7498/aps.59.7769
[16]	牛田野, 曹金祥, 刘磊, 刘金英, 王艳, 王亮, 吕铀, 王舸, 朱颖.低温氩等离子体中的单探针和发射光谱诊断技术. 必威体育下载 , 2007, 56(4): 2330-2336.doi:10.7498/aps.56.2330
[17]	于威, 张立, 王保柱, 路万兵, 王利伟, 傅广生.氢化纳米硅薄膜中氢的键合特征及其能带结构分析. 必威体育下载 , 2006, 55(4): 1936-1941.doi:10.7498/aps.55.1936
[18]	杨杭生.等离子体增强化学气相沉积法制备立方氮化硼薄膜过程中的表面生长机理. 必威体育下载 , 2006, 55(8): 4238-4246.doi:10.7498/aps.55.4238
[19]	黄松, 辛煜, 宁兆元.使用发射光谱对感应耦合CF4/CH4等离子体中C2基团形成机理的研究. 必威体育下载 , 2005, 54(4): 1653-1658.doi:10.7498/aps.54.1653
[20]	于威, 刘丽辉, 侯海虹, 丁学成, 韩理, 傅广生.螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜. 必威体育下载 , 2003, 52(3): 687-691.doi:10.7498/aps.52.687

计量

文章访问数:5456
PDF下载量:108
被引次数:0

搜索

留言板