【正文】 要求高，長時(shí)間需要電流的設(shè)備中 [24]。 1020cm3，與未摻雜的載流子濃度相比，明顯很高 [23]。本 論文使用 的是 CHI660D 型電化學(xué)工作站， 采 用 CHI660D 型電化學(xué)工作站的目的 主要是 使用 了循環(huán)伏安法和安培電流時(shí)間響應(yīng)曲線法進(jìn)行測試。金剛石的衍射峰 位于 176。 176。 X 射線衍射光柵是由晶體組成，這些大量的分子或離子，通過相干散射產(chǎn)生的原子形成的光和 X 射線的強(qiáng)度之間的干擾的散射效應(yīng)。我們能夠從準(zhǔn)粒子激發(fā)拉曼光譜，檢測出金剛石薄膜拉曼散射品質(zhì)。用它研究 BDD 電極 的分布情況。 掃描電 子顯微 鏡的原理： 在物鏡和聚光鏡的相互作用下 ,系統(tǒng) 再 加高電壓，電子束隨掃描線圈運(yùn)動(dòng) 且是由 電子槍發(fā)射出的 ，它能 變的 更細(xì)，可 在樣品的表面進(jìn)行掃描。低頻區(qū)的線性部分反映了離子轉(zhuǎn)移的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)過程。沉底的溫度也直接影響到了成膜的好壞，速率的大小，所以給燈絲和基底加直流偏壓，也是加快沉積速率。 形核的工藝條件為： CH H2體積比為 10:300，真空室的壓強(qiáng) 3638Torr，燈絲到襯底的距離 8～ 10mm，燈絲溫度 2020177。 2） 穩(wěn)定的碳化物表面主要靠難熔金屬。成 核一般分為 2個(gè)階段： a) 含碳基團(tuán)到達(dá)基體表面后不斷擴(kuò)散。 HFCVD 法 想要長出 金剛石 膜 ,在普通基片是困難的。對(duì) 鉭絲作為熱燈絲 的要求 6 根 而且 直徑 應(yīng)該 為Φ ，用 氫氣與 甲烷的混合氣作作為 氣源 來使用 ，氫氣 和甲烷 的純度要求達(dá)到 %以上，然后加熱燈絲，加偏壓電源，在這過程中檢查燈絲是否有斷裂現(xiàn)象，因?yàn)?鉭絲 碳化后，其 表面表現(xiàn)出金褐色乃至黑色 。 試驗(yàn)具體步驟如下： 1 檢查腔室的密閉性 。熱絲 CVD 法是日本無機(jī)材料研究所首先建立的。 水冷卻的 作用在 ： 在真空反應(yīng)室的鐘罩、安裝底板等部件都需要冷卻，其中，最為關(guān)鍵的是襯底工作臺(tái)的冷卻。最后分析 BDD 電極的 Hall 效應(yīng)和方塊電阻。正如上面 的描述 ，金剛石薄膜電極擁有 非常多 杰出 的電化學(xué)性能和潛在廣闊的 利用 前景。 大量 數(shù)據(jù)表明，金剛石膜電極 擁有寬電位 窗口，低背景電流，化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性高，以及耐腐蝕等電化學(xué) 特征 [13]。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， BDD 制備工藝 以及 摻雜技術(shù)的不斷前進(jìn)， BDD 膜已經(jīng)沉積在 多種 基體上 獲得成功 ,成為了一種新式 碳素電極材料。 在水溶液中，金剛石表面的鏈接終端為 H 元素和 O 元素，而這種終端費(fèi)反應(yīng)中間體的吸附能減弱，氧氣和氫氣的過電壓決定了電機(jī)在水溶液中的電勢窗口變化，電極表面就吸附中間體目的是進(jìn)行多次電子轉(zhuǎn)移，最終實(shí)現(xiàn)所謂的電極反應(yīng)，綜合上面分析得到，這也可能 BDD 電極在水溶液中具有較寬的電勢窗口原因之一 [8]。在電子工業(yè)領(lǐng)域中， BDD 電極的應(yīng)用廣為開發(fā)，取決于它擁有的兩個(gè)很好特征：良好的熱穩(wěn)天津理工大學(xué) 2020屆 本科 畢業(yè)論文 4 定性和 p 型半導(dǎo)體特性。且摻硼金剛石膜電極的電化學(xué)反應(yīng)不會(huì)因電極自身所發(fā)生的反應(yīng)而受影響，電極還能夠通過比較簡單的方法進(jìn)行表面凈化。 有機(jī)化合物的處理，摻硼金剛石電極 耐高溫 ，是非常理想的材料。 因?yàn)閾碛幸陨蟽?yōu)勢 ， 人們就可以使用金剛石薄膜制作出 高頻 率 、高溫 度、高 功率半導(dǎo)體器件。碳有三種同素異形體 ，就目前已知的情況下，分別是 ： 石墨 、 富勒烯 和 金剛石。因此金剛石的絕緣性 和 透明度是非常好的，具有寬禁帶、 化學(xué)穩(wěn)定 性好 等特點(diǎn)。晶格中心含有碳原子 ， 邊界 頂點(diǎn)上 出著 4個(gè)碳原子 ，在空間構(gòu)成連續(xù)的 且堅(jiān)實(shí)的骨架結(jié)構(gòu) [1]。 通過 實(shí)驗(yàn)表明 :這次 實(shí)驗(yàn)制成了 質(zhì)量較好的 摻硼金剛石膜電極。 金剛石排列 建立在其三維有序 的情況下的 ，而最關(guān)鍵 的是在其能夠讓每個(gè)方向都有能夠承受力的能力應(yīng)該是四個(gè)以正四面體角分布范圍的共價(jià)鍵結(jié)合，結(jié)合上其適當(dāng)?shù)墓矁r(jià)鍵結(jié)合強(qiáng)度， 剛好將 每個(gè)碳原子穩(wěn)定 的固定在 相應(yīng)的 位置上。 在金屬 材料 分析中 ，以前常用的 電極的性能不理想， 因此研究人員轉(zhuǎn)移視線到了 金剛石電極 。 第三， 在熱學(xué)性質(zhì)方面 ，不僅 金剛石的熱導(dǎo)率是 很 高的 ，而且，熱膨脹系數(shù)較接近于較接近于制作電子器件的熱膨脹系數(shù)?，F(xiàn)代工業(yè)可在高溫高壓下 也可以 生產(chǎn)金剛石。 利用這種技術(shù)制作了 冷陰極和電子發(fā)射裝置 時(shí)具有巨大潛力，具有很好的發(fā)展前景。它不同于普通的金屬電極， 傳統(tǒng)的玻 碳 電極及其它 的電極 性質(zhì)和 BDD 電極相差很遠(yuǎn) 。 金剛石制作出來的電極 含有的 4 個(gè)有利條件，分別是 更寬的電化學(xué)窗口，極低的背景電流，極高的穩(wěn)定性和抗腐蝕性 ，電化學(xué)穩(wěn)定性的提升 ， 導(dǎo)致它非常適合用來制作最具光明前途電極的一類 [5]。 在 電化學(xué)和 解決 環(huán)境 問題 領(lǐng)域 ， BDD 成為二十一世紀(jì)以來最具代表性的 材料 之一 ， 所以受到熱烈追捧 。 分析金剛石特異功能，方面有 3：一是其決定電活性的碳氧官能基團(tuán)含量太少，達(dá)不到要求反應(yīng)需求；二是存在許多絕緣區(qū)域隔離了電活性位點(diǎn)；三是 因?yàn)榭拷M(fèi)米能級(jí)處表面電子態(tài)密度較低 [10]。硼的摻雜量直接影響到金剛石膜的導(dǎo)電性。 圍繞 電分析的研究 在世界上非常明顯 。深入地理 解薄膜的 結(jié)構(gòu)特征和 性能 特點(diǎn)，討論工藝的 可行性。 圖 法 實(shí)物圖 Fig . Photo of HFCVD device 氣路系統(tǒng) 氣路系統(tǒng)包括氣源，關(guān)閉閥門，管道，壓力閥，防倒閥，隔離閥，流量計(jì)，四個(gè)氣體容器 裝滿了甲烷和 H2和硼源。 控制旋轉(zhuǎn)按鈕來調(diào)節(jié)燈絲電流大小。調(diào)節(jié) 抽氣速率使 氣壓穩(wěn)定在金剛石膜沉積時(shí)的氣壓。 4 充入反應(yīng) 成核所需要的 氣體 （甲烷和氫氣，最后加硼源） ， 生長 工藝 時(shí)調(diào)節(jié)好所需 參數(shù)，在基底 表面形核。 （ 2）襯底基片的預(yù)處理 基臺(tái)上放置襯底時(shí)，從下往上 依次是石墨、硅片和 Ta 片。 c) 最后用酒精和超純水再次 超聲 清洗，清洗后，稱出襯底的質(zhì)量， 測量它的厚度， 以便沉積結(jié)束后，進(jìn)行膜的 進(jìn)一步 計(jì)算。 在形核階段中 最關(guān)鍵的是兩個(gè)因素： 基體表面 的狀況和界面層的形成 。 3) 在基底表面 生成金剛石 的必要條件是 晶核 碳的表面擴(kuò)散供給大于界面處的溶解損失速率 。開始對(duì)燈絲加偏壓，慢慢調(diào)節(jié)襯底和燈絲之間的距離，最后調(diào)節(jié)燈絲電源至 160A,調(diào)節(jié)銅臺(tái)，當(dāng)氣壓上升到 30Torr 時(shí)，開硼源，氫氣和硼源比例 10： 300；升偏壓，在降銅臺(tái)高度，最終調(diào)節(jié)偏壓電流至 13A，電壓在180V— 220V 之間，氣壓穩(wěn)定在 36— 38Torr 之間；輝光正好覆蓋好硅片； 成核時(shí)間的長短也直接影響 金剛石成核密度和質(zhì)量 的好壞 ， 太短時(shí)間的 成核 ，膜的 質(zhì)量 明顯 下降。 2. BDD 電極的充放電性能分析； 天津理工大學(xué) 2020屆 本科 畢業(yè)論文 12 充放電性能測試主要研究 BDD 電極的比電容大小，和其他材料作比較，來驗(yàn)證摻硼金剛石是否能用來做電極材料。天津理工大學(xué) 2020屆 本科 畢業(yè)論文 13 第三章 摻硼金剛石膜的生長特性研究 BDD 的生長速率的影響 摻硼金剛石制備時(shí)其生長速率的相關(guān)因素主要是硼源濃度和碳源濃度，也涉及到了襯底溫度和氣壓的大小多個(gè)方面的影響。在特定 的 時(shí)候，顯示器上顯示的 某一處是與 電子束照射到樣品上 的 某一處 相對(duì)應(yīng)的。物質(zhì)分子對(duì)入射光所產(chǎn)生出來的頻率產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)變的物理散射現(xiàn)象，使用單色的入射光源來激勵(lì)電極表面，電極表面是受電位調(diào)節(jié)控制的。 除此之外 ， 面對(duì) 多晶金剛石薄膜，特征峰 呈現(xiàn)出很清晰而且尖銳的特點(diǎn)，想要確定其 精確位置 ，那么要了解 膜中的應(yīng)力狀態(tài) ，壓應(yīng)力決定了 峰位向低頻（高波天津理工大學(xué) 2020屆 本科 畢業(yè)論文 15 數(shù)）方向移動(dòng)，張應(yīng)力使峰位向高頻（低波數(shù)）方向移動(dòng)。掃描電鏡原理是使用非常 細(xì)的電子束 進(jìn)行 掃描 試驗(yàn) 樣品天津理工大學(xué) 2020屆 本科 畢業(yè)論文 16 的 表面， 并且采 用 特意制成 的探測器將產(chǎn)生的二次電子 進(jìn)行采集 ， 將產(chǎn)生的電信號(hào)傳輸 到顯像管 上 ， 這樣 物體 就可以顯示在熒光屏上 。 176。 碳化鉭的衍射峰包括 176。工作站為三電極的工作方式，可用于電化學(xué)性能的測量，測量誤差可由電纜和接觸電阻來消除，可用于研究大電流或低阻抗電解池。Sample Resistivity(Ω 178。 Galvanostatic charge/discharge curves of BDD/Ta electrode at the current densities of 120A/g. (, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20 A g?1).1 MNa2SO4 (a)and current versus capacitance ratio(b). BDD 電極的阻抗分析 交流阻抗法 交流阻抗法，把一個(gè)無限小的正弦波擾動(dòng)加入到處于穩(wěn)定狀態(tài)的體系，分析電極上的薄膜，這種測量膜結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生大的變化 [17]。 圖 摻硼金剛石 /鉭 在 3mol/L 氯化鉀 阻抗 復(fù)平面 圖 Fig. EIS of the BDD/Ta film BDD 電極的動(dòng)力學(xué)分析 圖 給出了分別使用 BDD、電極在鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀 1:1 的混合溶液中測試的阻抗復(fù)平面圖。循環(huán)伏安法測試過程中涉及的參數(shù)是電壓掃描速度 (mV/s)，電壓 (V)，電流（ I），靈敏度（μ A)等，通過合理地設(shè)置這些參數(shù)來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。 圖 BDD 電極在 KCL 中表征的循環(huán)伏安曲線 Fig. CVs of the BDD film in KCL 圖 顯示了 BDD 電極在 曲線。對(duì)于析氧電位而言， NaOH 介質(zhì)中析氧電位最低， H2SO4介質(zhì)中氧轉(zhuǎn)移電位 比 Na2SO4介質(zhì)略高 [30]。 天津理工大學(xué) 2020屆 本科 畢業(yè)論文 24 參考文獻(xiàn) [1] 滿衛(wèi)東 ,汪建華 ,王傳新 ,等 . 金剛石薄膜的性質(zhì)、制備及應(yīng)用 武漢化工學(xué)院等離子體技術(shù)與薄膜材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ,湖北武漢 430073. [2] 李春燕 . 摻硼金剛石膜的制備及其電學(xué)性能的研究吉林大學(xué)， 2020,35(4):2631. [3] 丁明清 . MPCVD 金剛石的應(yīng)用和展望 北京真空電子技術(shù)研究所微波電真空器件國家實(shí)驗(yàn)室 ,100015. [4] Diebold U., The surface science of titanium dioxide [J], Surf. Sci. 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O39。 在我能夠順利完成實(shí)驗(yàn)和論文，史超學(xué)長給了我無私幫助 。李老師細(xì)節(jié)上的超強(qiáng)把控，能力上的卓越，留給我很大的影響，為人師，有表率，我必須深學(xué)習(xí)，多反思自己的不足 。 （ 2） 研究硼源流量分別在： 0sccm,5sccm,10sccm 時(shí)摻硼金剛石膜的生長速率。 天津理工大學(xué) 2020屆 本科 畢業(yè)論文 22 圖 Ta/ BDD 電極在不同 PH值中表征的循環(huán)伏安曲線 Fig. CVs of the BDD film in different PH 圖 是 Ta/BDD 薄膜電極在在不同支持電解液 PH 條件下的循環(huán)伏安曲線，可以看出背景電流無論在何種支持電解液中都非常小，這說明電極在平衡電位下是非法拉第過程的雙電層電容充放電的過程。電極溶液界面只有極少數(shù)的電子發(fā)生電位的轉(zhuǎn)移，而且電子轉(zhuǎn)移全部改變電極表面的界面雙電層，是一個(gè)對(duì)界面雙電層充放電的過程，不存在法拉第電子轉(zhuǎn)移過程，這一切前提是要在平衡電位下。從圖中可以觀察到：電極的負(fù)平面圖中，高頻區(qū)均存在半圓弧的直徑為 BDD，這表示在鐵氰化鉀溶液中， BDD電極的界面電荷轉(zhuǎn)移電阻最小，修飾金剛石納米