一種制備金剛石微米棒陣列膜的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備金剛石微米棒陣列膜的方法。
【背景技術】
[0002]金剛石具有負的電子親和勢，高的熱導率，良好的化學穩(wěn)定性，以及能夠在高溫強輻射環(huán)境下工作等優(yōu)點，這使得金剛石在較低的電場下就可以獲得較大的發(fā)射電流對場發(fā)射非常有利。如果能夠制備出微米棒金剛石薄膜，將獲得具有優(yōu)異場發(fā)射性能的新型場發(fā)射材料。由于微米結構電極具有電活性表面巨大，傳質速度快等優(yōu)點，因此它在電化學領域的應用越來越廣泛。將金剛石微米棒陣列膜用作電極材料既保留了金剛石電極材料優(yōu)點又使得電極的電化學活性和可逆性有所提升。
[0003]模板法是制備金剛石微米棒陣列膜的常用方法，其中氧化鋁(AAO)模板是應用最為廣泛的模板材料。AAO模板的制備方法主要采用二次氧化法，該方法對于制備厚度較薄、長徑比較小的AAO模板效果較好，而對于制備長徑比較大的AAO模板比較困難，制備的模板有序性也較差。影響氧化鋁模板孔徑和有序度的因素有很多，例如，電解液的類型和濃度、氧化電壓、攪拌電解液的速度、鋁片的純度以及實驗中遇到的各種氧化時間和溶解時間等。因此，雖然能夠對孔洞的長徑比進行靈活調節(jié)，制備出具有不同長徑比、不同密度的金剛石微米棒陣列，但是想要做到精確控制比較困難。此外，制備AAO模板的過程復雜，制備成本也較高。因此，開發(fā)簡易、低成本的金剛石微米棒陣列膜的制備方法具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決目前金剛石微米棒陣列膜制備工藝復雜，制備成本較高，不能精確控制孔洞長徑比的問題，提供一種制備金剛石微米棒陣列膜的方法。
[0005]本發(fā)明中的一種制備金剛石微米棒陣列膜的方法，按以下步驟進行:
[0006]一、加工硅片，得到具有通孔結構的多孔硅片，然后進行清洗，得到清洗后的硅片模板；
[0007]二、將清洗后的硅片模板底部均勻的涂覆形核劑，得到樣品，然后放于CVD艙內；
[0008]三、關艙后，對艙體進行抽真空，使艙內真空度達到2.0X 10_6?8.0X 10_6mbar，然后開啟程序，設定氫氣流量為200SCCm，艙內氣壓為lOmbar，啟動微波發(fā)生器，激活等離子體，升高氣壓和功率，使樣品表面溫度達到800?1000°C，再打開甲烷氣體閥門，通入甲烷氣體，并設定甲烷流量與氫氣流量為1: (15?20)，反應25?60h ；
[0009]四、將樣品從系統(tǒng)中取出，置于混合溶液A中將金剛石微米棒陣列膜從硅片模板上脫離下來，即完成；其中混合溶液A為質量濃度為40%的氫氟酸和質量濃度為65%的濃硝酸按體積比1:1混合而成。
[0010]硅片具有較高的熔點，不會對微波等離子體輔助化學氣相沉積(MWCVD)的艙體造成污染，各種厚度的硅片容易獲得且價格便宜，是常用的生長金剛石薄膜的襯底材料。利用激光鉆孔等物理方法在硅片上制備各種直徑，以及不同密度的孔洞，從而獲得孔徑均一、孔密度高、孔道彼此平行且與硅片表面垂直的硅片模板。與AAO模板相比，用硅片模板制備金剛石微米棒陣列膜的過程簡單，快速，成本較低，而且能夠實現對孔洞長徑比的精確控制。此外，利用物理方法還可以制備具有大長徑比的硅片模板。通過調節(jié)硅片模板的孔徑大小等因素可以調節(jié)金剛石微米棒陣列的長徑比，從而實現對材料性能的精確控制，也使制備具有大長徑比的金剛石微米棒陣列成為可能。
[0011]本發(fā)明包括以下有益效果:
[0012]1、本發(fā)明利用多孔硅片模板代替AAO模板制備金剛石微米棒陣列膜，降低了薄膜的制備成本，簡化了制備的工藝過程。
[0013]2、通過調整硅片上孔洞的直徑以及深度可以制備具有不同長徑比的微米棒陣列，從而研宄不同微米棒長徑比對材料性能的影響。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例一激光刻蝕孔洞示意圖；
[0015]圖2為實施例一金剛石微米棒陣列膜的制備過程示意圖；
[0016]圖3為實施例一制備的硅片模板的SEM圖；
[0017]圖4為實施例一制備的金剛石微米棒陣列膜的SEM圖；
[0018]圖5為實施例一制備的金剛石微米棒陣列膜的的拉曼光譜圖。
【具體實施方式】
[0019]【具體實施方式】一:本實施方式一種制備金剛石微米棒陣列膜的方法，按以下步驟進行:
[0020]一、加工硅片，得到具有通孔結構的多孔硅片，然后進行清洗，得到清洗后的硅片豐吳版；
[0021]二、將清洗后的硅片模板底部的均勻涂覆形核劑，得到樣品，然后放于CVD艙內；
[0022]三、關艙后，對艙體進行抽真空，使艙內真空度達到2.0X 10_6?8.0X 10_6mbar，然后開啟程序，設定氫氣流量為200SCCm，艙內氣壓為lOmbar，啟動微波發(fā)生器，激活等離子體，升高氣壓和功率，使樣品表面溫度達到800?1000°C，再打開甲烷氣體閥門，通入甲烷氣體，并設定甲烷流量與氫氣流量為1: (15?20)，反應25?60h ；
[0023]四、將樣品從系統(tǒng)中取出，置于混合溶液A中將金剛石微米棒陣列膜從硅片模板上脫離下來，即完成；其中混合溶液A為質量濃度為40%的氫氟酸和質量濃度為65%的濃硝酸按體積比1:1混合而成。
[0024]硅片具有較高的熔點，不會對微波等離子體輔助化學氣相沉積(MWCVD)的艙體造成污染，各種厚度的硅片容易獲得且價格便宜，是常用的生長金剛石薄膜的襯底材料。利用激光鉆孔等物理方法在硅片上制備各種直徑，以及不同密度的孔洞，從而獲得孔徑均一、孔密度高、孔道彼此平行且與硅片表面垂直的硅片模板。與AAO模板相比，用硅片模板制備金剛石微米棒陣列膜的過程簡單，快速，成本較低，而且能夠實現對孔洞長徑比的精確控制。此外，利用物理方法還可以制備具有大長徑比的硅片模板。通過調節(jié)硅片模板的孔徑大小等因素可以調節(jié)金剛石微米棒陣列的長徑比，從而實現對材料性能的精確控制，也使制備具有大長徑比的金剛石微米棒陣列成為可能。
[0025]本實施方式包括以下有益效果:
[0026]1、本實施方式利用多孔硅片模板代替AAO模板制備金剛石微米棒陣列膜，降低了薄膜的制備成本，簡化了制備的工藝過程。
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