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金刚石薄膜不仅具有优异的机械性能、热学性能、声学性能、光学性能、电学性能及化学惰性,同时还有较低的表面亲和势和大的二次电子逸出深度,是极具有潜力的冷阴极材料。工程实践中在适当的甲烷浓度、掺硼浓度以及表面处理方式下,可以获得高质量负电子亲和势的掺硼金刚石薄膜,因而可能实现的潜在应用使其成为二次电子发射阴极材料的研究热点。
论文以用于透射型二次电子发射阴极的金刚石薄膜为研究对象,利用自制的1500W石英钟罩式微波等离子体(MPCVD)装置以及和专业厂商联合开发的国内首套10KW环形腔式MPCVD装置,以H2+CH4+B2H6混合气体为反应气源,通过改变工艺条件,制备高纯、高度取向的掺硼金刚石薄膜,并对制备出的薄膜进行XRD、Raman、SEM、AFM以及极图表征,研究了不同甲烷浓度、掺硼浓度对金刚石薄膜组成结构的影响,并测试分析薄膜的透射二次电子发射系数,最终建立膜材与透射二次电子发射性能的关系。实验结果显示:(1)在CH4浓度分别为0.5%和1.0%,B/C为7000ppm时,可以制备出高纯的(111)高取向和(110)高取向掺硼金刚石薄膜;(2)两种高取向掺硼金刚石薄膜的透射二次电子发射系数都大于1;(3)当CH4浓度为0.5%、B/C为7000ppm时,(111)取向薄膜透射二次电子发射系数最大,达到1.3;(4)薄膜取向越好,质量越高,透射二次电子发射系数越高。