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研究生： 游閔盛
You, Min-Sheng
論文名稱： 奈米鑽石複合薄膜之製備與應用
The growth and application of nanodiamond composite films
指導教授： 洪昭南
Hong, Chau-Nan Franklin
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 102
中文關鍵詞： 碳化矽 、複合薄膜 、奈米鑽石
外文關鍵詞： diamond
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    • 本論文分為二大部分，第一部分是使用熱燈絲系統、甲烷/氫氣為反應物以成長奈米鑽石薄膜，藉由調整氣相組成、氣體壓力、基板溫度，可合成各種晶粒大小(8nm~23nm)、品質(SP3/SP2)、成長速率(0.2~1.4um/hr)之奈米鑽石薄膜，其中最佳製程條件為碳源12%，壓力5 Torr 基板溫度600~650℃。

    第二部分的研究是在奈米鑽石之製程條件，於氣相中加入六甲基矽氧烷(HMDSO:Hexamethyldisiloxane)以進一步合成 奈米鑽石/碳化矽 複合薄膜，藉由調整氣相之矽源之比例可合成出各種奈米組成之複合薄膜，硬度介於61Gpa(奈米鑽石)與31Gpa(奈米碳化矽)之間，其中微量的矽加入後有助於提升薄膜之韌性，以及薄膜成核密度。經由TEM及XPS分析推測，奈米鑽石/碳化矽 複合薄膜存在無晶質之SiOx結構。

    Abstract

    This subject is divided into two parts. The first is fabrication of Nano-diamond films via CH4/H2 as gas source in a hot-filament chemical vapor deposition reactor. The growth rate、grain size、film quality are analysis by SEM, XRD, and RAMAN.

    The second is fabrication of nanodiamond/SiC nanocomposite. By carefully controlling the gas contents of HMDSO, various nanocomposite films(61Gpa~31Gpa) were synthesized. And fracture toughness were also enhanced via introducing 0.11%Si source in the atmosphere. TEM、XPS analysis also suggest an amorphous SiOx structure in our nanocomposite films.

    目錄 中文摘要.....................................................................I 英文摘要...........................................................................II 誌謝........................................................................III 目錄.........................................................................IV 表目錄....................................................................VIII 圖目錄......................................................................IX 第一章緒論…………………………………………………………………………………………1 1-1 前言……………………………………………………………………………………………1 1-2奈米鑽石薄膜應用之瓶頸……………………………………………………………………1 1-3碳化矽簡介……………………………………………………………………………………2 1-4研究動機與目的………………………………………………………………………………3 第二章 理論基礎及文獻回顧……………………………………………………………………8 2-1化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition)……………………………………………8 2-1-1化學氣相沉積法之動力學分析……………………………………………………………8 2-1-2 薄膜成長機制……………………………………………………………………………11 2-1-3 CVD法成長鑽石薄膜………………………………………………………………………12 2-2 CVD法成長奈米鑽石薄膜……………………………………………………………………13 2-3奈米複合薄膜…………………………………………………………………………………17 2-3-1 奈米複合薄膜之理論基礎………………………………………………………………17 2-3-2薄膜機械性質量測-奈米壓痕技術………………………………………………………20 2-3-3 奈米複合薄膜現況與前景………………………………………………………………21 2-4 奈米鑽石複合薄膜………………………………………………………………………26 第三章 實驗參數與研究方法…………………………………………………………………38 3-1 實驗流程 ……………………………………………………………………………………38 3-2 系統設備…………………………………………………………………………………………………39 3-2-1 熱燈絲系統………………………………………………………………………………39 3-2-2 電源供應系統……………………………………………………………………………39 3-2-3 溫度量測系統.......…………………………………………………………………39 3-2-4 真空抽氣系統 …………………………………………………………………………40 3-2-4-1 抽氣系統…………………………………………………40 3-2-4-2 壓力檢測系統……………………………………………40 3-2-4-3 反應氣體輸入系統………………………………………40 3-3 實驗材料…………………………………………………………. .41 3-3-1 實驗基板…………………………………………………. .41 3-3-2 實驗氣體………………………………………………… . 42 3-3-3 實驗藥品…………………………………………………. .42 3-4 實驗操作…………………………………………………………...42 3-5 分析與鑑定………………………………………………………...43 3-5-1 表面型態分析……………………………………………. .43 3-5-2 薄膜微結構分析…………………………………………...44 3-5-3 薄膜組成與鍵結型態分析………………………………45 3-5-4 薄膜微硬度分析…………………………………………45 3-5-5 薄膜附著力分析…………………………………………46 3-5-6 光譜分析…………………………………………………46 3-5-6-1 拉曼光譜………………………………………………46 3-5-6-2 紫外光可見光光譜…………………………………………47 第四章 奈米鑽石薄膜之成長．……………………………………49 4-1 前言………………………………………………………………49 4-2 氣相組成對薄膜組成及特性影響………………………………49 4-2-1 表面形態分析………………………………………………49 4-2-2 Raman光譜分析…………………………………………….50 4-2-3薄膜結構分析……………………………………………….50 4-3 反應壓力對薄膜組成及特性影響……………………………51 4-3-1表面形態分析……………………………………………….51 4-3-2 Raman光譜分析…………………………………………….52 4-3-3薄膜結構分析……………………………………………….52 4-4 基板溫度對薄膜組成及特性影響…………………………..52 4-4-1表面形態分析……………………………………………….52 4-4-2 Raman光譜分析…………………………………………….53 第五章 奈米鑽石/碳化矽 複合薄膜製程探討．…… 62 5-1 前言………………………………………………………………...62 5-2 氣相矽濃度效應…………………………………………………...62 5-2-1 薄膜結構分析……………………………………………...62 5-2-2 Raman光譜分析…………………………………………………………………63 5-2-3 薄膜表面型態分析………………………………………………………………64 5-2-4 薄膜紫外光可見光穿透度分析……………………………………………………64 5-3 改變氣相壓力對 碳化矽/奈米鑽石 複合薄膜製程之影響…………………………65 5-3-1 薄膜結構分析……………………………………………………………………65 5-3-2 薄膜光譜分析……………………………………………………………………66 5-3-3 薄膜表面形態分析………………………………………………………………66 5-3-4 奈米複合薄膜紫外光可見光穿透度分析………………………………………67 5-3-5 奈米複合薄膜毫硬度分析………………………………………………………68 5-3-6 薄膜微結構分析…………………………………………………………………69 5-3-7 薄膜組成及鍵結分析……………………………………………………………70 5-3-8 奈米複合薄膜附著力分析………………………………………………………71 第六章 結論……………………………………………………………………………93 第七章 參考文獻.………………………………………………………………………98 自述與著作 ……………………………………………………………………………102

    第七章 參考文獻

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    下載圖示 校內：2011-07-31公開
    校外：2011-07-31公開
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