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金刚石光学窗口相关元件的研究进展 被引量:13
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作者 王伟华 代兵 +8 位作者 王杨 姚凯丽 刘本建 赵继文 刘康 杨磊 朱嘉琦 韩杰才 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期42-57,共16页
金刚石光学窗口相关元件是一种将金刚石优异的光学性能,与其他优异的力学、热学、电学性能和化学性能相结合,通过微波等离子体化学气相沉积工艺等多种合成方法制备的具有不同几何结构、可在极端条件下使用的一类光学器件。本文将以X射... 金刚石光学窗口相关元件是一种将金刚石优异的光学性能,与其他优异的力学、热学、电学性能和化学性能相结合,通过微波等离子体化学气相沉积工艺等多种合成方法制备的具有不同几何结构、可在极端条件下使用的一类光学器件。本文将以X射线、深紫外到微波范围内不同波段对应的不同种类的光学元件应用为基础,对近年来国内外发展起来的金刚石光学元件的种类、制备与加工进行综述,总结了光学窗口元件的研究现状,并对未来的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 金刚石光学窗口相关元件 红外窗口/整流罩 激光武器 微波武器 回旋器
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MPCVD单晶金刚石高速率和高品质生长研究进展 被引量:12
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作者 李一村 郝晓斌 +10 位作者 代兵 赵继文 张森 刘雪冬 王伟华 刘康 曹文鑫 杨磊 朱嘉琦 韩杰才 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第6期979-989,共11页
微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术被认为是制备大尺寸高品质单晶金刚石的理想手段之一。然而其较低的生长速率(~10μm/h)以及较高的缺陷密度(103~107 cm-2)是阻碍MPCVD单晶金刚石应用的主要因素,经过国内外研究团队数十年的不懈努力... 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术被认为是制备大尺寸高品质单晶金刚石的理想手段之一。然而其较低的生长速率(~10μm/h)以及较高的缺陷密度(103~107 cm-2)是阻碍MPCVD单晶金刚石应用的主要因素,经过国内外研究团队数十年的不懈努力,在高速率生长和高品质生长两个方面都取得了众多成果。但是除此之外还需解决高速率与高品质生长相统一的问题,才能实现MPCVD单晶金刚石的高端应用价值。 展开更多
关键词 MPCVD单晶金刚石 高速率 高品质
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纳米金刚石材料的研究进展 被引量:6
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作者 姚凯丽 代兵 +6 位作者 乔鹏飞 谭小俊 杨磊 刘康 韩杰才 朱嘉琦 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2019年第11期1977-1989,共13页
纳米金刚石不但拥有金刚石材料优异的物理、化学特性,还具备一些在纳米尺度下的特殊性能,如半导体特性、良好的生物相容性及光学特性。其研究吸引了国内外研究人员的广泛关注,且关于纳米金刚石材料的制备、性能表征以及应用的相关研究... 纳米金刚石不但拥有金刚石材料优异的物理、化学特性,还具备一些在纳米尺度下的特殊性能,如半导体特性、良好的生物相容性及光学特性。其研究吸引了国内外研究人员的广泛关注,且关于纳米金刚石材料的制备、性能表征以及应用的相关研究逐渐开展。前期的研究显示:不同形貌的纳米金刚石材料需要特定的制备方法、且表现出各异的特殊性能,适合于不同的应用领域。文中首先介绍了纳米金刚石颗粒、薄膜、金刚石纳米片及金刚石纳米线的制备方法;其次阐述了各类纳米金刚石材料在光、电、力学等方面的特殊性能,并对纳米金刚石材料在民用、生物医药、军事等领域的应用进行了总结,最后展望了纳米金刚石材料的发展前景。 展开更多
关键词 纳米金刚石 荧光色心 生物标记 储能器件
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异质外延单晶金刚石的研究进展 被引量:5
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作者 王伟华 代兵 +10 位作者 王杨 刘本建 赵继文 李一村 刘康 房诗 杨世林 杨磊 韩杰才 朱嘉琦 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2020年第7期831-848,共18页
单晶金刚石具有优异的力、声、热、光、电等性质,而异质外延工艺是制备大尺寸单晶金刚石的一种重要手段.本文以CVD工艺所采用的c-BN、Pt、Si、SiC、Ir复合衬底等不同类型异质衬底为主线,以国内外开展该研究的代表性团队所取得主要成果... 单晶金刚石具有优异的力、声、热、光、电等性质,而异质外延工艺是制备大尺寸单晶金刚石的一种重要手段.本文以CVD工艺所采用的c-BN、Pt、Si、SiC、Ir复合衬底等不同类型异质衬底为主线,以国内外开展该研究的代表性团队所取得主要成果为基础,对该领域多年来的发展历程、最新进展开展评述,主要涉及偏压增强形核技术及晶种处理后高温退火技术等高密度外延金刚石形核工艺及机理,基于台阶流动和向错形成机理的织构生长晶界湮灭过程与工艺调控,横向外延过度生长和离轴衬底生长等用于位错密度降低的工艺等内容,并在最后对该领域的未来发展做出展望. 展开更多
关键词 异质外延 单晶金刚石 Ir复合衬底 大尺寸 横向外延过度生长 离轴衬底生长
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MPCVD单晶金刚石初始及断续生长界面的表征与分析 被引量:5
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作者 李一村 +10 位作者 刘刚 郝晓斌 赵继文 张森 刘康 曹文鑫 代兵 杨磊 朱嘉琦 曹康丽 韩杰才 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第10期1765-1769,共5页
采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术制备的大尺寸、高质量单晶金刚石材料具备卓越的物理化学性能,在珠宝、电子、核与射线探测等消费品、工业和国防科技领域极具应用前景。研究发现在化学气相沉积单晶金刚石生长过程中,在衬底与... 采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术制备的大尺寸、高质量单晶金刚石材料具备卓越的物理化学性能,在珠宝、电子、核与射线探测等消费品、工业和国防科技领域极具应用前景。研究发现在化学气相沉积单晶金刚石生长过程中,在衬底与外延层之间,以及生长中途停止-继续生长的生长层之间出现明显的界面区。本文采用偏光显微镜、拉曼光谱、荧光光谱(PL)等手段对界面区域进行了测试分析,界面区在偏光显微镜下表现出因应力导致的亮区,且荧光光谱(PL)及其线扫描显示该区域的NV色心含量远高于衬底及其前后外延层,表明该界面区具有较高的缺陷和杂质含量。结果表明在生长高品质单晶金刚石初期就应当采取一定手段进行品质调控,并尽量在一个生长周期内完成制备。 展开更多
关键词 单晶金刚石 微波导离子体化学气相沉积 界面 拉曼光谱 PL光谱
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单晶金刚石异质外延生长过程中的位错行为及其控制工艺研究进展 被引量:2
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作者 王伟华 王杨 +4 位作者 房诗 韩杰才 代兵 朱嘉琦 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1034-1048,共15页
位错是异质外延单晶金刚石合成过程中的重要线缺陷,而降低位错密度是金刚石在电子器件领域上应用的显著挑战。本文以降低Ir衬底上异质外延金刚石膜中位错密度为目标,首先对该过程中的位错产生、类型、表征等进行阐释,然后从理论与工艺... 位错是异质外延单晶金刚石合成过程中的重要线缺陷,而降低位错密度是金刚石在电子器件领域上应用的显著挑战。本文以降低Ir衬底上异质外延金刚石膜中位错密度为目标,首先对该过程中的位错产生、类型、表征等进行阐释,然后从理论与工艺相结合的角度总结了加剧位错反应(增加外延层厚度,偏轴衬底生长)、除去已有位错(横向外延过度生长,悬挂-横向外延生长,图形化形核生长)及其他方法(三维生长法、金属辅助终止法、采用金字塔型衬底法)在降低金刚石位错密度方面的最新进展,随后结合经典的大失配异质外延半导体体系降低位错的理论,提出了衬底图形化技术、超晶格缓冲层技术和柔性衬底技术等可通过抑制引入位错来进一步降低位错密度的研究方向,最后对本领域的发展现状和未来展望进行了总结。 展开更多
关键词 单晶金刚石 异质外延 位错控制 横向外延过度生长 衬底图形化
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两种极限粒度的金刚石:从大尺寸单晶到纳米晶 被引量:2
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作者 王杨 王伟华 +3 位作者 杨世林 代兵 朱嘉琦 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期512-526,共15页
作为具有各种极端特性的金刚石材料的两种晶态,宏观大尺寸块体单晶金刚石和微观纳米单晶金刚石均因其优异的性能,引发了研究者们的持续关注。近些年来,两类金刚石的制备方法不断得到改进,其性能改善的技术层出不穷,更多的应用领域已被... 作为具有各种极端特性的金刚石材料的两种晶态,宏观大尺寸块体单晶金刚石和微观纳米单晶金刚石均因其优异的性能,引发了研究者们的持续关注。近些年来,两类金刚石的制备方法不断得到改进,其性能改善的技术层出不穷,更多的应用领域已被开发或处于探索之中。两种尺度的单晶金刚石在性能上各有千秋,同时二者之间具有千丝万缕的联系,两种晶态对应的晶粒尺度之间可以发生可控的互相转化。可以将块体单晶金刚石的合成过程描述为纳米晶的聚集、自组装和定向附着生长,从而从纳米晶转化为英寸级大单晶形态。反之,亦可以通过表面纳米化的方法将大尺寸单晶转化为纳米晶。本文介绍了两种不同尺度单晶金刚石的制备方法、性能和应用,对块体单晶和纳米晶之间的相互转化方式进行了重点阐述,并对这两种尺度的金刚石晶体的粒度调控等研究方向进行了说明和展望。通过晶态转化和粒度调控,可以实现生长过程中对产物形貌和粒度的设计,从而制备出新的结构或功能材料,同时促进晶体生长理论的完善。 展开更多
关键词 大尺寸单晶金刚石 纳米金刚石 晶态转化 晶体粒度调控
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氧等离子体对以石墨为碳源合成的CVD金刚石颗粒的影响
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作者 姚凯丽 代兵 +5 位作者 谭小俊 杨磊 刘康 韩杰才 朱嘉琦 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2019年第9期1621-1625,共5页
采用一种新型的金刚石颗粒制备方法,利用微波辅助化学气相沉积技术,向反应室内通入氢气,以固态石墨片同时作为碳源和衬底沉积金刚石颗粒。利用该方法合成的金刚石颗粒具有微米级尺寸,可用作研磨剂、抛光剂、形核剂等。但是合成的金刚石... 采用一种新型的金刚石颗粒制备方法,利用微波辅助化学气相沉积技术,向反应室内通入氢气,以固态石墨片同时作为碳源和衬底沉积金刚石颗粒。利用该方法合成的金刚石颗粒具有微米级尺寸,可用作研磨剂、抛光剂、形核剂等。但是合成的金刚石颗粒中仍含有少量的非晶碳,且合成颗粒的尺寸均匀性有待提高。为解决以上问题,本文中在反应不同阶段(初期、中期及末期)通入氧气,形成氧等离子体;研究氧等离子体对合成的金刚石颗粒形貌、尺寸、质量、纯度的影响,以及随氧等离子体添加阶段不同而产生的不同变化情况。结果表明,经氧等离子体处理的金刚石颗粒形貌略有改变,表面光滑度更好,且金刚石颗粒尺寸的一致性有所提高;经过激光粒度测试发现,金刚石颗粒的尺寸主要集中在25~29μm。添加氧等离子体有助于消除金刚石中的非晶碳,提高金刚石纯度;且在反应初期添加氧等离子体可最大程度提高金刚石颗粒质量。 展开更多
关键词 金刚石颗粒 石墨 微波辅助化学气相沉积 氧等离子体
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大尺寸单晶金刚石同质连接技术 被引量:4
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作者 Ralchenko V. +11 位作者 Bolshakov A. 刘康 孙明琪 姚凯丽 赵继文 高鸽 刘本建 王伟华 李一村 刘雪冬 代兵 朱嘉琦 《自然杂志》 2019年第2期100-110,共11页
介绍了制备人造单晶金刚石的技术途径及发展现状,重点讨论并对比了几种化学气相沉积法(CVD)金刚石制备技术的优缺点,详细阐述了基于微波等离子体CVD (MPCVD)法的同质连接技术——一种突破晶体尺寸限制,实现大尺寸单晶金刚石的有效途径... 介绍了制备人造单晶金刚石的技术途径及发展现状,重点讨论并对比了几种化学气相沉积法(CVD)金刚石制备技术的优缺点,详细阐述了基于微波等离子体CVD (MPCVD)法的同质连接技术——一种突破晶体尺寸限制,实现大尺寸单晶金刚石的有效途径。通过该技术实现了英寸级单晶金刚石晶片的制备,并针对横向生长、界面质量及演化、三维结构连接控制等核心科学技术问题进行了分析和讨论,展望了其在尖端应用领域的发展前景。 展开更多
关键词 人造金刚石 单晶 微波等离子体化学气相沉积 同质连接
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