a-C：H薄膜和a-C：H：Fe薄膜制备和性能研究

摘要

氢化非晶碳(a-C：H)薄膜具有良好的力学、电学和光学性能，在保护涂层，生物医学和光学材料等领域有着广泛的应用。在激光惯性约束聚变(ICF)物理实验研究中，a-C：H薄膜通常作为烧蚀层材料。Fe掺杂可以减少a-C：H薄膜的残余应力和增强与衬底的结合力：在ICF研究中Fe既可以增强Au的M带电子的吸收，减少强激光产生的等离子体超热电子对聚变物质的预加热，同时也可以降低电子与物质相互作用产生的轫致辐射。此外，Fe作为深能级掺杂元素，可以丰富和改善a-C：H薄膜的光电子特性。本文制备了Fe掺杂a-C：H(a-C：H：Fe)薄膜，研究了Fe掺杂对a-C：H薄膜成分、表面、结构、热稳定性、光学和电子场发射特性等方面的影响。 本论文中采用金属有机等离子体增强化学气相沉积(MOPECVD)法制备a-C：H：Fe薄膜；研究了a-C：H谍膜和a-C：H：Fe薄膜的表面形貌，表面组成，微结构等特性。实验发现两种类型的薄膜表面都比较光滑、平整、均匀。但a-C：H：Fe薄膜比a-C：H薄膜表面更致密，表面颗粒小。a-C：H：Fe薄膜a-C：H薄膜含有更多的六重环状结构、C=C双键和sP2团簇。 本文比较了a-C：H薄膜和a-C：H：Fe薄膜的沉积速率和热稳定性能，同时对薄膜光学带隙和光致发光(PL)性质以及电子场发射性能也进行了研究。结果表明：由于二茂铁的催化作用，Fe掺杂可以提高薄膜的沉积速率：在Ar氛围中加热或者空气中激光蚀刻，a-C：H：Fe比a-C：H更容易碳化；a-C：H：Fe和a-C：H薄膜的光学带隙分别为2.97eV和2.67eV；Fe掺杂使得a-C：H薄膜发光中心从2.35eV漂移到了1.95eV，并且发光强度也明显增强。此外，对超薄的a-C：H并,a-C：H：Fe薄膜电子场发射特性的分析表明，两者都符合F-N模型，a-C：H：Fe薄膜的功函数较a-C：H的有所提高。Fe掺杂引起a-C：H薄膜性质变化来源于其表面更加致密，含有更多的六重环状结构、C=C键和sP2团簇。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 a-C：H的结构和基本性质

参考文献

第二章a-C：H材料的制备与表征方法

2.1引言

2.2目前采用PECVD制备a-C：H薄膜方法及其有缺点

2.3用MOPECVD方法制备Fe掺杂a-C：H薄膜

2.4论文涉及的表征方法

2.4.1扫描电子显微镜(SEM)

2.4.2原子力显微镜(AFM)

2.4.3 X射线光电子能谱(XPS)

2.4.4傅立叶变换红外(FT-IR)光谱

2.4.5 Raman光谱

2.4.6紫外-可见(UV-VIS)分光光度计

2.4.7热重(TG)分析

2.4.8荧光分光光度计(Fluorophotometer)

2.4.9场发射(FE)

2.5本章小结

参考文献

第三章Fe掺杂对a-C：H薄膜的组成和结构影响

3.1 Fe掺杂a-C：H薄膜和a-C：H薄膜制备

3.2 Fe掺杂a-C：H薄膜沉积速率的影响

3.3 Fe掺杂对a-C：H薄膜的表面形貌的影响

3.4 Fe掺杂对a-C：H薄膜的组成和结构的影响

3.4.1 Fe掺杂a-C：H薄膜和a-C：H薄膜的XPS的对比

3.4.2 Fe掺杂对a-C：H薄膜的FT-IR影响

3.4.2 Fe掺杂对a-C：H薄膜的Raman的影响

3.5本章小结

参考文献

第四章Fe掺杂对a-C：H薄膜热稳定性能和光电子学特性的影响

4.1 Fe掺杂对a-C：H薄膜热稳定性能的影响

4.2 Fe掺杂对a-C：H薄膜光学性质的影响

4.2.1 Fe掺杂对a-C：H薄膜UV-VIS特性和光学带隙的影响

4.2.2 Fe掺杂对a-C：H薄膜PL的影响

4.3 Fe掺杂对超薄a-C：H薄膜电子场发射特性的影响

4.4本章小结

参考文献

第五章总结与展望

在学期间发表的论文

致谢