气体介质对电弧离子镀沉积类金刚石膜的影响

采用电弧离子镀方法,在Si(100)基底上分别在高纯Ar、高纯H2和C2H2的气氛下沉积类金刚石膜,利用激光Raman谱和X射线光电子能谱(XPS)对沉积膜的结构进行了分析.结果表明与在高纯H2和C2H2气氛下相比,在高纯Ar中沉积类金刚石膜Raman谱的ID/IG值最小,膜中sp3C含量最高为35.55;.纳米压痕仪测量结果表明不同气氛下沉积膜的硬度和弹性模量分别在16.7～34.8GPa和143.2～236.9GPa之间变化.在高纯Ar气氛下沉积膜的硬度和弹性模量最大分别为34.8GPa和236.9GPa.     

金刚石涂层的纳米压痕力学性能研究

用HFCVD法在硬质合金刀具上制备了CVD金刚石涂层,利用纳米压痕仪研究了CVD金刚石涂层的硬度和弹性模量等力学性能.结果表明,反应室气压、衬底温度、反应气体中CH4含量、沉积时间等参数改变了CVD金刚石膜中sp2成分含量、晶界数量及晶界上缺陷,从而影响CVD金刚石涂层的纳米硬度和弹性模量.较高或较低的衬底温度都会导致硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量降低;随着反应室气压、反应气体中CH4含量的增加,硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量降低;沉积时间低于6 h时,沉积时间对硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量影响显著,沉积时间超过6 h后,沉积时间对硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量逐渐趋向稳定.     

立方Y_2O_3薄膜结构、力学及光学性能的研究

采用射频磁控溅射法在本征(100)Si片上和CVD金刚石膜上制备了立方(222)择优取向的Y2O3薄膜,应用AFM观察薄膜的三维形貌表明薄膜表面晶粒致密,缺陷较少,表面粗糙度为8.7 nm;TEM表征薄膜微观结构,表明薄膜为柱状晶结构,柱状晶宽度10~20 nm,而且晶界明显,部分较大晶粒中存在些许位错缺陷;纳米力学探针和划痕仪表征薄膜的力学性能,表明薄膜硬度为20.73 GPa,弹性模量为227.5 GPa,可作为金刚石膜的抗氧化保护膜,并且与金刚石膜的结合较好,结合力约为5 N;FTIR对薄膜的光学性能进行分析,表明双面立方Y2O3薄膜对金刚石膜的最大增透为23%,基本符合Y2O3的理论增透效果。     

预处理对超纳米金刚石薄膜表面质量的影响

本文研究了金刚石粉手工研磨及超声波震荡两种预处理方法对硅片衬底及超纳米金刚石膜表面粗糙度和形貌的影响,利用表面轮廓仪、X射线衍射分析(XRD)、激光拉曼、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对衬底及超纳米金刚石膜进行表征.结果表明,由于衬底轮廓的遗传特性,手工研磨的硅片上沉积的超纳米金刚石膜表面粗糙度远高于超声震荡的硅片上沉积的超纳米金刚石膜.     

氧分压对HfOxNy薄膜结构和力学性能的影响

采用射频磁控反应溅射法在不同氧分压条件下制备了氮氧化铪薄膜,薄膜沉积过程在氧气、氮气和氩气的混合气氛中进行,所用衬底为多光谱硫化锌材料.用X射线衍射、扫描电子显微镜、纳米硬度计等分别研究了不同氧分压条件下HfOxNy薄膜的晶体结构、显微结构、力学性能等.结果表明:在氧分压为0.05～0.30范围内,HfOxNy薄膜都为多晶结构,但随着氧分压的降低,HfOxNy薄膜的沉积速率逐渐增大,薄膜的晶体结构由单斜氧化铪转变为氮氧化铪相;不同氧分压下沉积的HfOxNy薄膜都符合薄膜区域结构模型中典型的柱状结构且氧分压较低时薄膜表面粗糙度较大;不同氧分压条件下沉积的HfOxNy薄膜硬度和弹性模量都远大于衬底硫化锌的硬度和弹性模量,氧分压为0.15时最大硬度和弹性模量值分别为11.6 GPa和160 GPa.     

石英钟罩对MPCVD金刚石膜沉积的影响

为了提高高品质金刚石膜的沉积速率,利用CST三维电磁场仿真软件,模拟了Diamo Tek700微波等离子体化学气相沉积设备中,在忽略等离子体存在的前提条件下,石英钟罩的厚度和形状对沉积金刚石膜的基片表面电场分布的影响.同时采用壁厚3 mm,3.5 mm和4mm的平顶和壁厚4 mm的圆顶钟罩分别进行了金刚石膜的沉积实验.模拟结果显示,对于同一类型的石英钟罩,壁厚的变化(3 ～4 mm)对基片表面平均电场影响不大;而壁厚相同的圆顶钟罩情况下基片表面平均电场则比平顶的高出10;.壁厚4 mm的圆顶石英钟罩得到了相对较高且均匀的电场分布.结果表明,沉积速率与模拟的基片表面电场强度存在对应关系;采用壁厚4 mm圆顶钟罩与原厂设计的壁厚3 mm平顶钟罩相比,在相同的工艺条件下,沉积速率提高一倍,达到1.4 μm/h.     

大面积球面金刚石膜的均匀沉积研究

利用直流电弧等离子体喷射法沉积装置在底径65 mm、高5 mm的Mo球面衬底上制备出厚度大于500 μm金刚石膜.用千分尺测量膜径向厚度以判断膜厚均匀性,用SEM观察膜的表面形貌,用拉曼谱仪测量膜的表面纯度,通过分析电镜形貌和拉曼谱峰的分布特点来判断金刚石膜的质量均匀性.结果表明,在优化工艺条件下,直流电弧等离子体喷射法设备可以在球面Mo衬底上生长出厚度和质量都比较均匀的半透光的自支撑球面金刚石厚膜.     

MPCVD法纳米金刚石膜的制备及分析

利用MPCVD方法在玻璃基片上成功的制备了非常光滑、致密均匀的纳米金刚石膜.沉积工艺分为两步:成核,CH4/H2=3;;生长,O2/CH4/H2=0.3:3:100;沉积过程中保持工作压力为4.0kPa,衬底温度500℃.拉曼、透射电镜、红外光谱、表面轮廓仪等的测试表明:膜层由纳米级金刚石晶粒组成,最大晶粒尺寸小于100nm,成核密度大于1011/cm2.成核面晶粒的点阵常数较大,表明存在较多缺陷,表面粗糙度小于2nm,在可见光区完全透明,红外光学性能接近金刚石单晶理论值.     

纳米结构TiN薄膜的制备与性能研究

利用自行研制的磁过滤等离子体设备,在室温条件下的不锈钢基底上成功地制备了性能良好的纳米结构TiN薄膜.运用原子力显微镜和X射线衍射仪对其结构和形貌进行了表征.利用纳米硬度仪测量了TiN薄膜的硬度和弹性模量.结果显示:沉积的TiN薄膜表面非常平整光滑,致密而无缺陷;硬度远高于粗晶TiN的硬度;TiN晶粒尺寸在30～50nm;沉积过程中在基底上施加的负偏压会影响纳米结构TiN薄膜的结构和性能.     

氧气流量对MPCVD制备微/纳米双层金刚石膜的影响

应用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,以CH4/H2/Ar为主要气源,成功制备出了微/纳米双层金刚石膜.同时,在纳米膜层生长过程中,通过添加O2辅助气体,研究了不同O2流量对微/纳米金刚石膜生长的影响.结果表明,当O2流量在0 ～ 0.8 sccm范围时,所获得的金刚石膜仍为微/纳米两层膜结构;当氧气流量增加到1.2 sccm时,金刚石膜只有一层微米膜结构;而O2流量在0～ 1.2 sccm范围时,纳米层晶粒尺寸及品质与氧气流量成正比例关系.表明适量引入O2可以促进纳米层晶粒长大和提高膜品质.另外,当O2流量为0.8 sccm,所制备的微/纳米金刚石膜不仅品质好,而且生长率也较高.