金刚石薄膜在多晶铜和磷脱氧铜基片上的生长

分别采用99.99%的多晶铜片和99.95%的磷脱氧铜片作为沉积金刚石薄膜的基片，通过热丝化学汽相沉积法在两种基片上都获得了大面积、自支撑的多晶金刚石膜.使用高分辨率光学显微镜、扫描电子显微镜、Raman光谱和X射线衍射比较分析了两种铜基片上的金刚石膜.脱氧铜上的金刚石膜质量并不亚于多晶铜上的金刚石膜，而且它的成核密度、生长速率以及应力都高于多晶铜上金刚石膜的同类参数.特别采用了退火工艺和优化的生长条件来获得大面积的连续金刚石膜. 关键词：     

金刚石膜厚度尺寸对热残余应力的影响

 采用有限元方法对钼基体上不同厚度（20~1 000 μm）金刚石膜的热残余应力进行了全面的模拟与分析，得出了它们在膜内分布的等值线图，研究了金刚石膜厚度尺寸对整个膜内的最大主拉应力和界面处每个应力分量最大值的影响。结果表明：在整个膜内，最大主拉应力的位置出现在膜的表面、界面或侧面，其值随膜厚度的增加而增大；在界面处，最大轴向应力随膜厚度的增加而增大，而最大径向压应力、最大周向压应力和最大剪应力则随膜厚度的增加而减小，其中最大剪应力减幅较小；膜厚度越大时，以上各量随厚度增（减）的速度越慢。其结论对于在金刚石膜的制备中合理地选择厚度、有效地进行应力控制有一定的参考价值。     

CVD金刚石膜研究近期进展与应用

简要地总结了ＣＶＤ金刚石膜技术近期研究与开发情况，讨论了金刚石膜工具的热学应用、光学应用及电子学的现状，芨发展趋势，金刚石膜工具的应用是近期具有最大市场的应用。但随首在沉积技术和异质外延技术的进一步突破，金刚石膜光学和电子学应用将比工具应用具有更加光明的市场前景。     

碳化硅反射镜坯体光学加工的残余应力测量与分析

测量并分析了碳化硅反射镜坯体光学加工的残余应力。采用X射线衍射法测定了磨削成形、研磨以及抛光过程引入的表面残余应力的性质和大小;采用逐层抛光法测定了在用120#粒度金刚石砂轮磨削时引入的残余应力层厚度。研究结果表明:在用120#金刚石砂轮磨削加工时沿磨削方向和垂直于磨削方向分别引入了残余拉应力和残余压应力,其大小分别为40MPa和70MPa,应力层深度约为60μm,大于裂纹层深度;在用W7金刚石微粉研磨时引入了残余压应力,在其作用范围内残余应力平均值为60～80MPa;在抛光时理论上会引入残余压应力。在此基础上提出了在碳化硅反射镜坯体的光学加工过程中,可以通过研磨消除磨削引入的裂纹层和残余应力层。     

金刚石薄膜的红外椭圆偏振光谱研究

采用红外椭圆偏振光谱对微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）和热丝化学气相沉积法（H-FCVD）制备的金刚石薄膜在红外波长范围（2.5—12.5μm）的光学参数进行了测量.建立了不同的光学模型，且在模型中采用Bruggeman有效介质近似方法综合考虑了薄膜表面和界面的椭偏效应.结果表明，MPCVD金刚石膜的椭偏数据在模型引入了厚度为77.5nm的硅表面氧化层、HFCVD金刚石膜引入879nm粗糙层之后能得到很好的拟合.最后对两种模型下金刚石薄膜的折射率和消光系数进行了计算，表明MPCVD金刚石薄膜的红外 关键词： 金刚石薄膜 红外椭圆偏振光谱 光学参数 有效介质近似     

类金刚石微球的高温高压制备

通过对化学气相沉积方法获得的碳膜微球进行高温高压处理,在约8GPa、1 600℃的条件下制备了类金刚石异质实心微球样品,芯轴为钼球。根据金刚石和钼的体积随压力及温度的变化规律,设计并优化了样品制备的温度-压力路径,以降低因类金刚石膜层与钼球的体弹模量及热膨胀系数差异而导致的残余应力。拉曼光谱测试结果表明,样品膜层具有明显的1 332cm~(-1)金刚石特征峰,高温高压有效地消除了存在于初始碳膜微球中的反式聚乙炔,同时降低了膜中残余应力,产生了有利于提高类金刚石膜强度的压应力;扫描电子显微镜测试结果表明,样品球形度良好,平均直径约2mm,类金刚石膜表面平均晶粒尺寸约为100nm,膜厚约为20μm;原子力显微镜测试结果表明,类金刚石膜层的表面粗糙度为647nm。     

直流等离子体化学汽相沉积法合成的金刚石膜的内应力研究

研究了直流等离子体化学汽相沉积(CVD)法合成的金刚石膜内应力随甲烷浓度、沉积温度的变化关系。实验研究表明,金刚石膜的总内应力随沉积条件变化十分敏感。压缩应力是由非金刚石成份及氢等杂质引起的,而伸张应力可由膜中高密度的微空和内面积导致的晶粒间界弛豫模型来解释。     

掺硅类金刚石膜的制备与力学性能研究

用脉冲电弧离子镀技术,通过调整掺硅石墨靶和纯石墨靶的数量,制备了一系列不同硅含量的类金刚石薄膜样品.研究发现：当硅含量达6.7at.%时,类金刚石薄膜的应力从4.5GPa降低到3.1GPa,薄膜的硬度还保持在3600Hv,和没有掺杂的类金刚石薄膜的硬度相比,基本保持不变;当硅含量小于6.7at.％时薄膜的摩擦系数相对于未掺杂的类金刚石薄膜也保持不变,为0.15.当薄膜中硅含量继续增加时,薄膜中C—Si键的含量增多,导致薄膜硬度和应力都有较大幅度地减小、摩擦系数增大、磨损性能也变差了. 关键词： 类金刚石膜 掺硅 应力 硬度     

物理学与新型(功能)材料专题系列介绍(Ⅰ) 金刚石薄膜能成为新一代半导体材料吗?

自从８０年代金刚石薄膜的低压化学汽相淀积获得成功以来，人们对用金刚石薄膜制作高温、高速和大功率器件产生了浓厚的兴趣，因为金刚石的禁带宽，载流子迁移率高，同时具有优异的热学、光学和力学性质．本文对金刚石的电子学特征和金刚石器件的研制现伏作了评述，对发展金刚石器件的若干问题特别是金刚石薄膜的ｎ型掺杂、金刚石膜的异质外延和降低缺陷浓度等作了分析和讨论．金刚石薄膜是一种潜在的新型半导体材料，但要实现器件应用尚需作大量的材料研究．     

富勒烯作为过渡层生长金刚石薄膜研究

采用微波等离子体化学气相淀积法，以Ｃ６０膜过渡层，在光滑的单晶Ｓｉ衬底（１００）表面的研磨的石英衬底表面等光学衬底上，首次在无衬底负偏压条件下生长出多晶金刚石薄膜，通过扫描电镜观察到生长膜晶粒呈莱花状，生长表面为金刚石（１００）界面。     

MPCVD方法制备军用光学元件纳米金刚石膜

介绍了用MPCVD方法制备纳米金刚石膜的工艺。用MPCVD方法实验研究了在光学玻璃上镀纳米金刚石膜:膜层厚度为0 4551μm,粒度小于200nm,表面粗糙度小于29 5nm,最大透过率为80%;平均显微硬度为34 9GPa,平均体弹性模量为238 9GPa,均接近天然金刚石的力学性能。与衬底材料表面应力-2 78GPa相比,具有较好的抗压和耐磨效果。     

Effect of nanostructured AlN coatings on the oxidation-resistant properties of optical diamond films

Diamond film is an ultra-durable optical material with high thermal conductivity and good transmission in near-infrared and far-IR (8-14 μm) wavebands. CVD diamond is subjected to oxidation at temperature higher than 780 °C bared in air for 3 min, while it can be protected from oxidation for extended exposure in air at temperature up to 900 °C by a coating of aluminum nitride. Highly oriented AlN coatings were prepared for infrared windows on diamond films by reactive sputtering method and the average surface roughness (R_a) of the coatings was about 10 nm. The deposited films were characterized by X-ray diffraction (XRD) and atom force microscope (AFM). XRD confirmed the preferential orientation nature and AFM showed nanostructures. Optical properties of diamond films coated AlN thin film was investigated using infrared spectrum (IR) compared with that for as-grown diamond films.     

宽波段的类金刚石薄膜光学窗口

 介绍了实用化宽波段光学镀膜窗口的研制过程，研制的光学窗口实现了从可见至远红外波段使用同一光学器件工作的目标，主要波段透过率在70%以上。该产品膜层均匀性优于95%，可以抵抗潮热、温度变化等恶劣环境,可耐受高功率的红外激光辐射，通过了GJB2485—95《光学膜层通用规范》和Q/AF20087—2003《宽波段军用光学镀膜窗口规范》的标准检测。     

生长条件和退火对金刚石薄膜光学性质的影响

提出一种分析微波等离子体化学气相沉积工艺条件对金刚石薄膜的组成和光学性质影响的方法。采用红外椭圆偏振光谱仪来分析Si衬底上金刚石薄膜的组成和光学性质，研究微波等离子体化学气相沉积法生长条件和退火工艺对金刚石薄膜的消光系数和折射率的影响。实验表明金刚石薄膜中存在C—H、C=C、O—H和C=O键，生长条件对薄膜中C—H和C=C键的含量及薄膜的折射率影响较大；薄膜经过退火后薄膜的光学性质得到明显改善。     

双离子束溅射中红外SiO2薄膜热稳定性研究

通过双离子束溅射方法在蓝宝石、硅衬底上制备了单层SiO2薄膜,分析了SiO2薄膜残余应力、表面形貌、微观结构以及光学性能(可见-近红外0.4~1.2 μm和中红外3~5 μm波段)在400 ℃~1 000 ℃温度范围内的演化规律.研究结果表明:在400 ℃附近,SiO2薄膜残余应力存在局部极小值;SiO2薄膜光学性能的演化与膜层表面质量、内部残余应力及微观结构变化密切相关;经1 000 ℃高温处理后,蓝宝石窗口表面SiO2薄膜红外透射性能仍能保持很好的稳定性,且膜层表面没有出现显著的气泡、开裂等损伤形貌.该研究结果可为恶劣环境下光学窗口头罩表面薄膜系统的设计提供指导.     

Diamond deposition on siliconized stainless steel

Silicon diffusion layers in AISI 304 and AISI 316 type stainless steels were investigated as an alternative to surface barrier coatings for diamond film growth. Uniform 2 μm thick silicon rich interlayers were obtained by coating the surface of the steels with silicon and performing diffusion treatments at 800 °C. Adherent diamond films with low sp² carbon content were deposited on the diffused silicon layers by a modified hot filament assisted chemical vapor deposition (HFCVD) method. Characterization of as-siliconized layers and diamond coatings was performed by energy dispersive X-ray analysis, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy.     

Evolution of stress in evaporated silicon dioxide thin films

The evolution of stress in evaporated SiO2, used as optical coatings, is investigated experimentally through in situ stress measurement. A typical evolution pattern consisting of five subprocedures （thin film deposition, stopping deposition, cooling, venting the vacuum chamber, and exposing coated optics to the atmosphere） is put forward. Further investigations into the subprocedures reveal their features. During the deposition stage, the stresses are usually compressive and reach a stable state when the deposited film is thicker than 100 nm. An increment of compressive stress value is observed with the decrease of residual gas pressure or deposition rate. A very low stress of-20 MPa is formed in SiO2 films deposited at 3×10^-2 Pa. After deposition, the stress increases slightly in the compressive direction and is subject to the stabilization in subsequent tens of minutes. In the process of venting and exposure, the compressive component increases rapidly with the admission of room air and then reaches saturation, followed by a logarithmic decrement of the compressive state in the succeeding hours. An initial discussion of these behaviors is given.     

LBO晶体上1 064，532 nm倍频增透膜的镀制及性能分析

 用电子束蒸发沉积方法在X切LBO（X-LBO）晶体上镀制了两种不同膜系结构的1 064和532 nm倍频增透膜，其中一种膜系结构为基底/ZrO₂/Y₂O₃/Al₂O₃/SiO₂/空气，另一种为基底/0.5Al₂O₃/ZrO₂/Y₂O₃/Al₂O₃/SiO₂/空气，两种膜系结构的主要差别在于有无氧化铝过渡层。测量了薄膜的反射率光谱曲线，发现两种增透膜在1 064和532 nm处的反射率均小于0.5％，实际镀制结果与理论设计曲线的差异主要是由材料折射率的变化引起的。且对样品在空气环境中进行了温度为473 K的退火处理，结果发现两种膜系结构均表现了较优异的光学性能，氧化铝过渡层的加入使薄膜具有强的热应力性能。     

以模拟计算的制造成品率为最终评价指标的光学薄膜自动设计

本文提出了一种自动设计思想,即在多层膜设计过程中考虑监控误差对多层膜光学特性的影响。在自动设计的评价函数中不仅包含了膜系的光学特性,而且还包含了计算机模拟的制备成品率,并以最高的生产成品率作为最终的优化目标。用这种方法设计出的膜系不仅满足光学特性要求,而且具有较大的制造允差,便于最经济地组织生产。以宽带减反射膜,可见光加1.06μm的双波段减反射膜为例进行了自动设计,设计结果是令人满意的。