采用微波等离子体化学气相沉积，在不同的沉积条件下得到两种微米金刚石颗粒薄膜，通过拉曼光谱仪和X射线仪分析了两种薄膜的成分，用扫描电子显微镜分析了两种薄膜的表面形貌，用二级结构的场发射装置研究了薄膜的场发射性能，最终分析并讨论了场发射性能优异的微米金刚石薄膜的特征。

采用微波等离子化学气相沉积方法, 以甲烷和氢气为反应气体, 在镀有金属钛的陶瓷衬底上, 制备了微米金刚石聚晶薄膜。利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱对薄膜的化学组成、微观结构和表面形貌进行了表征。用二级结构的场发射仪和扫描隧道显微镜研究了薄膜的场发射性能, 结果表明微米金刚石聚晶薄膜发射点主要来源于聚晶颗粒。进一步研究了单个聚晶颗粒表面不同区域的发射性能, 发现多种因素对场发射的性能有影响。

为解决现有多晶金刚石用于太赫兹 (THz)真空电子器件输能窗存在慢性漏气风险的技术难题, 介绍了一种高断裂强度、良好真空密封性能、低微波损耗的新型超薄复合多层金刚石膜的研制方法。该复合超薄金刚石膜采用微波等离子体化学气相沉积 (MPCVD)技术, 通过合理的结构设计和优化工艺, 实现微米晶金刚石 (MCD)和超纳米晶金刚石 (UNCD)交替沉积的三明治结构。测量 100 μm厚不同结构的复合膜断裂强度, 是同样厚度的 MCD的 2~3倍。将研制的复合多层金刚石膜用于 180 GHz和 220 GHz太赫兹行波管输能窗, 通过气密性检测, 漏率 ≤1×10-10 Pa.m3/s。窗的冷测结果显示, 180 GHz窗的 S11≤-15 dB(10 GHz带宽), 220 GHz窗的 S11≤-10 dB(20 GHz带宽), 均具有良好的射频 (RF)性能, 满足使用要求。为太赫兹行波管输能窗的研制提供了一种成本低、可靠性高的超薄金刚石膜的技术途径。

在纯平的陶瓷衬底上面, 利用磁控溅射方法镀上一层金属钛。对金属钛层进行表面缺陷处理后, 放入微波等离子体化学气相沉积腔中, 利用正交实验方法制备出场发射性能最优的薄膜, 通过扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪等仪器,研究了薄膜的微观表面形态、结构组成等, 得到了该薄膜是球状微米金刚石薄膜的结论。并进一步研究了最优场发射薄膜的发射机理。

利用微波等离子化学气相沉积法,制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜作为场发射阴极材料。通过采用低熔点玻璃粉烧结工艺,从器件封装、器件烧结、器件排气和器件烤消等方面进行了探索和创新,实现了场致发射荧光管的高真空封装。综合采用这套技术,已经研发出的真空场致发射荧光管,在5.45 V／μm电场下,光的亮度达到了11 000 cd／m2。为将来设计制作矩阵寻址场发射平板显示器件奠定了基础。

利用微波等离子体化学气相沉积法，在覆盖金属钛层的陶瓷衬底上，通过改变沉积时间制备出不同结构的类球状微米金刚石聚晶碳膜.通过扫描电子显微镜、喇曼光谱、X射线衍射谱对碳膜进行了分析测试，并研究了不同沉积时间下沉积的类球状微米金刚石聚晶薄膜的场致电子发射特性.结果显示:不同的沉积时间所制备的碳膜形貌有很大变化，场致电子发射的效果也有很大不同，从而得出了场增强因子的降低和导电通道的增长是场发射效果变差的主要原因.

在陶瓷衬底上通过磁控溅射方法镀上金属Ti层后, 改用CH4为溅射气体制备一层碳化物过渡层, 利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱和x-射线衍射分析了薄膜的结构和表面形貌。测试了类球状微米金刚石聚晶膜的场致电子发射特性, 有过渡层制备的类球状微米金刚石聚晶膜的场发射开启电场仅为0.9 V/μm, 在2.5 V/μm的发射电场下电流密度是10.8 mA/cm2, 而无过渡层制备的类球状微米金刚石聚晶膜的开启电场为1.27 V/μm, 在2.5V/μm的发射电场下电流密度是0.5 mA/cm2。实验结果表明, 有碳化物过渡层的类球状微米金刚石聚晶薄膜的场发射特性效果更好。