哈尔滨工业大学硕士学位论文
目录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract........................................................................................................................... I II 第1章绪论 .. (1)
1.1 金刚石及其性质 (1)
1.2 人造金刚石的制备方法 (3)
1.3 CVD单晶金刚石国内外研究现状 (6)
1.3.1 国外研究现状 (6)
1.3.2 国内研究现状 (8)
1.3.3 Mosaic拼接法大尺寸单晶金刚石研究现状 (9)
1.4主要研究内容 (10)
第2章实验仪器及测试方法 (11)
2.1 微波等离子体辅助化学气相沉积（MPCVD）装置 (11)
2.2 激光共聚焦显微镜 (12)
2.3 扫描电子显微镜 (13)
2.4 拉曼光谱 (13)
2.5 光致发光光谱 (15)
2.6 X射线摇摆曲线 (16)
2.7 X射线极图 (17)
第3章单晶金刚石生长机理及动力学 (18)
3.1 CVD单晶金刚石同质外延生长化学本质 (18)
3.2 CVD单晶金刚石同质外延生长模式 (21)
3.3附着物及刻蚀坑对CVD生长模式和形貌的影响 (24)
3.3.1 表面附着物对CVD单晶金刚石同质外延生长的影响 (24)
3.3.2 大刻蚀坑对CVD单晶金刚石同质外延生长的影响 (26)
3.4 本章小结 (28)
第4章单晶金刚石生长研究 (29)
4.1 HPHT金刚石籽晶的质量评定及筛选方法 (29)
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4.1.1 表面形貌观测 (29)
4.1.2 光致发光（PL）谱 (31)
4.1.3 X射线摇摆曲线 (32)
4.1.4 等离子体刻蚀处理 (34)
4.2 CVD同质外延单晶金刚石生长及质量表征 (37)
4.2.1 籽晶质量对CVD外延生长层的影响 (37)
4.2.2 温度对单晶金刚石生长的影响 (42)
4.2.3 微波功率密度对单晶金刚石生长的影响 (45)
4.2.4 碳源浓度对单晶金刚石生长速率的影响 (46)
4.3 高质量CVD单晶金刚石生长及质量表征 (48)
4.3.1 高质量CVD金刚石样品Raman光谱表征及分析 (49)
4.3.2 高质量CVD金刚石样品PL谱表征及分析 (52)
4.3.3 高质量CVD金刚石样品X射线摇摆曲线 (54)
4.4 本章小结 (54)
第5章Mosaic拼接法生大尺寸单晶金刚石生长研究 (56)
5.1 Mosaic拼接法双籽晶生长研究 (56)
5.1.1 Mosaic拼接法双籽晶样品生长表面研究 (56)
5.1.2 Mosaic拼接法双籽晶样品横截面表征 (61)
5.2 Mosaic拼接法三籽晶生长研究 (67)
5.3 Mosaic拼接法四籽晶生长研究 (70)
5.4 本章小结 (72)
结论 (73)
参考文献 (74)
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (78)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (79)
致谢 (80)
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第1章绪论
1.1 金刚石及其性质
金刚石是一种极其稀有的晶体矿物，首次在印度被人类发现已是3000多年前的事。从那时起，金刚石就成为珍宝，被人类所赏玩、珍藏和交易，而时至今日，更是成为了爱情和婚姻的象征。其最显著的外在特征在于其闪耀的宝石光泽以及极高的硬度，因此高品质的宝石级天然金刚石多成为中世纪的欧洲王室的收藏品，而品质较差的金刚石则被工匠们作为工具及磨料而使用。但由于当时科技水平的限制，人们对于金刚石的了解也止步于此。直到18世纪，英国化学家Smithson Tennant研究了金刚石的燃烧产物，并发现其产物只有CO2，因此证明了金刚石是碳元素的单质，从此在科学界拉开了金刚石的大门，引来了无数科学家争先恐后对这种神奇的宝石进行研究。
经过百年的探索，人类对金刚石的认识由浅入深，在逐渐研究和理解了金刚石元素组成及结构特性的基础上，发掘出其多项极其优异的性能，并且在众多领域有着极大的应用前景。金刚石由碳元素构成，与无定形碳、石墨、碳纤维、富勒烯和碳纳米管等互为同素异形体。金刚石的化学性质非常稳定，在室温下既不和酸也不和碱发生反应。金刚石从晶体结构上来看，属于等轴晶系的原子晶体，其晶体结构如图1-1所示。
图1-1 金刚石的晶格结构(a)及晶胞(b)
金刚石中的C原子成键形式为sp3键杂化轨道，与其相邻的4个碳原子形成共价单键，指向所构成正四面体的四个顶角，呈正四面体结构，理想晶格结构中的所有碳原子按照这种点阵结构呈周期性排列。四面体的各顶角均为相邻的4个四面体所共享，碳原子之间以共价键相连，键角均为为109°28′，键长相等，为1.54?，