臺灣博碩士論文加值系統

本研究中，首先我們利用旋轉塗佈法將不同鑽石粉與鈦粉塗佈在矽基板上隨後進行熱處理，發現加入微米鈦粉和Black boron diamond (BBD)混合旋塗液製成的鑽石薄膜導電性最好且有最低的起始電場3.2 V/μm，在外加電場為8 V/μm時電流密度到達至808.46 μA/cm2。
論文第二部分我們把旋轉塗佈後熱處理的樣品拿去做電漿處理，電漿處理使用了三種型式的電漿，又以先氬氣再氮氣電漿的特性是最好的。BBD粉末因本身含硼是導電鑽石粉，所以它的導電性與場發射特性是最好的。有最低的起始電場2.56 V/μm且在外加電場為8 V/μm時電流密度到達至336.52 μA/cm2。
論文的第三部分我們嘗試了三種前處理的方法有超音波震盪法、電泳法、旋轉塗佈法，發現超音波震盪法前處理成長的鑽石薄膜有最好的場發射特性，但旋轉塗佈法的結果與震盪法的差距不大，而且對於在奈米碳管或奈米碳片上沉積鑽石薄膜，旋塗法與震盪法相比具有不會破壞原有結構之優點。

In this study, firstly we use the spin-coating to spin the mixture of different diamond Ti and titanium powders on the Si substrates, and then the samples were annealed by furnace tube.The results show that the samples compsed of black boron diamond (BBD) and μm-sized Ti powders possess the highest conductivity with the turn-on field of 3.2 V/μm and current density of 808.46 μA/cm2 when the applied field was fixed at 8V/μm.
In the second part of the thesis, the samples annealed after the furnace annealing were processed by plasma post-treatment, we use three types of plasma(Ar, N2 and Ar first then N2 plasma).The Ar first then N2 plasmas).The Ar first then N2 plasmas show the best electron fild emission (EFE) properties , The samples composed of black boron diamond (BBD) and μm-sized Ti poweders possess the best EFE properties with turn-on field of 2.56 V/μm and current density of 336.52 μA/cm2 when the applied field was fixed at 8V/μm.
In the third part of the thesis,we compare different three pre-treatment methods for growing diamond films.Theresults show that the samples with ultrasonication pretreatment possess the best EFE properties. Besides, the EFE properties. Besides, the EFE properties of the samples with spin-coating pretreatment are very close to that of samples with ultrasonication pretreatment, The spin-coating pretreatment is surperior to the ultrasonication pretreatment if we want to grow the diamond films on the fragile and vertical aligned carbon nanotubes (CNTs) or carbon nanowalls (CNWs), because the structure will not be destroyed using spin-coating preatment.

致謝I
摘要II
AbstractIII
目錄IV
圖目錄VII
表目錄XII
第一章緒論1
1.1  研究動機1
1.2        鑽石薄膜2
1.2.1 鑽石的晶體結構2
1.2.2    鑽石薄膜的特性3
1.2.3     鑽石薄膜的應用4
第二章 實驗原理與方法8
2.1 鑽石薄膜的分類與成長8
2.1.1 鑽石薄膜的分類8
2.1.2 鑽石薄膜之合成方法12
2.1.3    鑽石薄膜的成長前處理16
2.2 電漿原理24
2.3 電子場發射理論25
第三章 實驗設備32
3.1 實驗流程32
3.2 製程設備與方法33
3.2.1 微波電漿化學氣相沉積系統33
3.3 分析設備.38
3.3.1 光放射光譜儀38
3.3.2 顯微拉曼光譜39
3.3.3 掃描式電子顯微鏡41
3.3.4 霍爾電性測量42
3.3.5 電子場發射量測45
第四章結果與討論50
4.1 旋轉塗佈後熱處理後特性比較47
4.2 電漿處理後的特性比較.56
4.2.1 UDD粉末系列58
4.2.2 BBD粉末系列72
4.2.3 YKJ 粉末系列78
4.3 改變前處理特性比較88
4.4 結論118
參考文獻120

圖目錄
圖 1-1 鑽石的晶格結構2
圖 1-2鑽石的椅狀結構2
圖 2-1超奈米晶至微米晶鑽石薄膜表面型態8
圖 2-2 MPCVD構造圖13
圖 2-3熱燈絲法示意圖13
圖 2-4高週波電漿放電系統示意圖14
圖 2-5電子迴旋共振微波放電系統構造圖15
圖 2-6與基材不反應者之孕核、成長機制17
圖 2-7與基材形成碳化物之孕核、成長機制18
圖 2-8偏壓輔助孕核法的反應機制19
圖 2-9偏壓輔助成核示意圖21
圖 2-10成核時間與密度的線性曲線圖 (超音波振盪法)23
圖 2-11熱游離發射.26圖 2-12外加電場下能障寬度變窄致使電子穿隧27圖 3-1 微波電漿化學沉積系統鑽石鍍膜流程32圖 3-2微波電漿化學汽相沉積系統示意圖34圖 3-3微波電漿化學汽相沉積系統35圖 3-4光放射光譜儀系統38圖 3-5 顯微拉曼光譜系統示意圖39
圖 3-6 顯微拉曼光譜系統40
圖 3-7 各種典型碳材的拉曼光譜比較圖.40
圖 3-8 場發射鎗掃描式電子顯微鏡系統41
圖 3-9 霍爾效應示意圖42
圖 3-10二極式電子場發射量測系統示意圖(a)側視圖(b)正視圖45
圖 3-11二極式電子場發射量測系統46
圖4-1三種鑽石粉加奈米鈦粉熱處理後的SEM圖51
圖4-2三種鑽石粉加入奈米鈦粉的拉曼光譜圖51
圖4-3三種鑽石粉加奈米鈦粉場發射圖52
圖4-4三種鑽石粉加微米鈦粉熱處理後的SEM圖53
圖4-5三種鑽石粉加微米鈦粉熱處理後的拉曼光譜圖54
圖4-6三種鑽石粉加微米鈦粉熱處理後的場發射特性比較圖54
圖4-7加入微米鈦粉與奈米鈦粉熱處理後XRD圖56
圖4-8三種鑽石粉加入微米鈦粉熱處理XRD圖56
圖4-9 此章節所使用到的OES圖58
圖 4-10 UDD經過氬氣電漿處理SEM圖62
圖 4-11 UDD系列經過氬氣電漿處理的SEM剖面63
圖4-12 UDD系列氬氣電漿處理的拉曼光譜圖63
圖4-13 UDD系列氬氣電漿處理的場發射圖64
圖4-14 UDD系列經過氮氣電漿處理SEM圖66
圖4-15 UDD系列經過氮氣電漿處理的SEM剖面圖67
圖4-16 UDD系列經過氮氣電漿處理的拉曼光譜圖67
圖4-17 UDD系列經過氮氣電漿處理的場發射特性比較圖68
圖4-18 UDD系列經過兩種電漿處理的SEM圖71
圖4-19 UDD系列經過兩種電漿處理的SEM剖面圖71
圖4-20 UDD系列經過兩種電漿處理的拉曼光譜圖72
圖4-21 UDD系列經過兩種電漿處理的場發射特性比較圖72
圖4-22 BBD 系列經過氬氣電漿處理的SEM圖77
圖4-23 BBD系列經過氬氣電漿處理的SEM剖面圖78
圖4-24 BBD系列經過氬氣電漿處理的拉曼光譜圖78
圖4-25 BBD系列經過氬氣電漿處理的場發射特性比較圖79
圖4-26 BBD系列經過氮氣電漿處理的SEM圖81
圖4-27 BBD系列經過氮氣電漿處理的SEM剖面圖82
圖4-28 BBD系列經過氮氣電漿處理的拉曼光譜圖82
圖4-29 BBD系列經過氮氣電漿處理的場發射特性比較圖83
圖4-30 BBD系列經過兩種電漿處理的SEM圖86
圖4-31 BBD系列經過兩種電漿處理的SEM剖面圖86
圖4-32 BBD系列經過兩種電漿處理的拉曼光譜圖87
圖4-33 BBD系列經過兩種電漿處理的場發射特性比較圖87
圖4-34 YKJ系列經過氬氣電漿處理的SEM圖92
圖4-35 YKJ系列經過氬氣電漿處理的SEM剖面圖93
圖4-36 YKJ系列經過氬氣電漿處理的拉曼光譜圖93
圖4-37 YKJ系列經過氬氣電漿處理的場發射特性比較圖94
圖4-38 YKJ系列經過氮氣電漿處理的SEM圖96
圖4-39 YKJ系列經過氮氣電漿處理的SEM剖面圖97
圖4-40 YKJ系列經過氮氣電漿處理的拉曼光譜圖97
圖4-41 YKJ系列經過氮氣電漿處理的場發射特性比較圖98
圖4-42 YKJ系列經過兩種電漿處理的SEM圖101
圖4-43 YKJ系列經過兩種電漿處理的SEM剖面圖101
圖4-44 YKJ系列經過兩種電漿處理的拉曼光譜圖102
圖4-45 YKJ系列經過兩種電漿處理的場發射特性比較圖102
圖4-46 不同前處理經過氬氣電漿處理的SEM圖108
圖4-47 不同前處理經過氬氣電漿處理的拉曼光譜圖109
圖 4-48不同前處理經過氬氣電漿處理的拉曼圖109
圖 4-49 不同前處理經過氮氣電漿處理的SEM圖111
圖4-50 不同前處理經過氮氣電漿處理的拉曼光譜圖112
圖4-51 不同前處理經過氮氣電漿處理的場發射特性比較圖112
圖 4-52 不同前處經過理兩種電漿處理的SEM圖115
圖4-53 不同前處理經過兩種電漿處理的拉曼光譜圖115
圖4-54 不同前處理經過兩種電漿處理的場發射特性比較圖116




表目錄
表1-2 天然鑽石、鑽石膜及類鑽石膜之性質比較6
表2-1 不同種類鑽石膜與類鑽石膜之特性比較12
表4-1不同鑽石粉加入奈米鈦粉熱處理後場發射比較表52
表4-2不同鑽石粉加入奈米鈦粉熱處理後霍爾量測比較表52
表4-3不同鑽石粉加入微米鈦粉熱處理後的場發射特性比較表.54
表4-4不同鑽石粉加入微米鈦粉熱處理後的霍爾比較表55
表4-5 BBD加入微米鈦粉與奈米鈦粉的場發射比較表55
表4-6 UDD系列氬氣電漿處理的場發射特性比較64
表4-7 UDD系列的霍爾量測比較表65
表4-8 UDD系列氮氣電漿處理的場發射特性比較表68
表4-9 UDD系列氮氣電漿處理的霍爾量測比較表69
表4-10 UDD系列兩種電漿處理的場發射特性比較表73
表4-11 UDD系列兩種電漿處理的霍爾量測比較表73
表4-12 BBD系列氬氣電漿處理的場發射特性比較表79
表4-13 BBD系列氬氣電漿處理的霍爾特性比較表80
表4-14 BBD系列氮氣電漿處理的場發射特性比較表83
表4-15 BBD系列氮氣電漿處理的霍爾量測比較表84
表4-16 BBD系列兩種電漿處理的場發射特性比較表88
表4-17 BBD系列兩種電漿處理的霍爾量測比較表88
表4-18 YKJ系列氬氣電漿處理的場發射特性比較表94
表4-19 YKJ系列氬氣電漿處理的霍爾量測比較表95
表4-20 YKJ系列經過氮氣電漿處理的場發射特性比較表98
表4-21 YKJ系列經過氮氣電漿處理的霍爾量測比較表99
表4-22 YKJ系列兩種電漿處理後的場發射特性比較表103
表4-23 YKJ系列兩種電漿處理後的霍爾比較表.103
表4-24不同前處理氬氣電漿處理的場發射特性比較表110
表4-25不同前處理氬氣電漿處理的霍爾量測比較表110
表4-26不同前處理氮氣電漿處理的場發射場發射特性比較表113
表4-27不同前處理氮氣電漿處理的霍爾量測比較表113
表4-28不同前處理兩種電漿處理的場發射特性比較表116
表4-29不同前處理兩種電漿處理的霍爾量測比較表117

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