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金刚石由于其优异的物理化学性能引起人们的关注,特别是CVD金刚石薄膜技术的发展,通过对金刚石薄膜进行不同杂质的掺杂,获得所需要特定性能的金刚石薄膜,在电子束源以及半导体领域有着非常重要的意义。采用微波等离子体化学气象沉积(MPCVD)方法在单晶Si基底上制备不同生长条件的掺氮N型纳米金刚石(NCD)薄膜,通过场发射电子显微镜(FESEM)、激光Raman光谱、原子力探针显微镜(AFM)和X射线衍射仪分析了所制备样品的表面形貌和组成结构,详细研究了不同反应气压、温度、Ar含量和CH4浓度对掺氮NCD薄膜性能的影响,结果表明:在Ar-CH4-C3H6N6的体系下,随着反应气压和CH4浓度的增加,薄膜的颗粒尺寸和表面粗糙度均先减小后增加,而薄膜中SP2相含量则呈增加趋势;随着反应温度的增加,薄膜中的颗粒尺寸减小,而薄膜中SP2相则先减小,后增加;随着Ar含量的增加,颗粒尺寸和薄膜中金刚石相含量均减少。并在脉宽3.2μs、峰值场强极值为85 V/μm的微波场以及10-5 Pa真空环境条件下测试分析不同CH4含量制备的掺氮NCD薄膜样品的电场发射特性,并比较了微波场发射前后的SEM和Raman的变化,结果表明:低CH4浓度下制备的掺氮NCD薄膜具有较好的场发射性能,而且所有样品的F-N曲线均为直线,可知这些样品的发射遵循经典的场致发射电子特征规律,在67.7 V/?m电场下,最高发射电流密度为144.8 mA/cm2;比较场发射前后的薄膜表面形貌与物相组成,均变化较小,可知所制备的掺氮NCD薄膜在微波场发射下具有很好的稳定性。