碳化硅陶瓷密封材料上沉积复合金刚石薄膜

利用直流辉光等离子体化学气相沉积(DC-GD CVD)设备在碳化硅(SiC)密封材料上沉积复合金刚石薄膜(ICD).实验通过两步工艺,先在SiC上沉积一层微米金刚石薄膜(MCD),然后再沉积一层纳米金刚石薄膜(NCD)形成复合金刚石薄膜(ICD).通过场发射扫面电镜和拉曼测试,研究了MCD、NCD和ICD薄膜的表面形貌和材料结构.各种金刚石薄膜利用轮廓仪、划痕测试和摩擦磨损测试其力学性能.结果显示ICD薄膜既有较强的结合力,其摩擦系数也较低.ICD薄膜涂层的SiC密封环的摩擦系数为0.08 ～0.1.     

直流辉光放电CVD法均匀生长纳米金刚石薄膜的研究

采用直流辉光放电化学气相沉积设备,以H2/CH4/Ar混合气体为工作气体,在2英寸硅片沉积出了晶粒尺寸为20～ 40 nm的纳米金刚石薄膜.采用SEM、Raman、微摩擦试验机等分析了不同CH4浓度、Ar浓度对NCD薄膜生长特性的影响.研究结果表明:金刚石薄膜的晶粒尺寸随着CH4浓度的增加而减小,但是过高的CH4浓度会导致石墨相大量生成;随着Ar浓度的增加,金刚石薄膜的晶粒尺寸逐渐细化,但过量Ar的掺入会降低金刚石薄膜的质量;在合适的工艺参数下,薄膜摩擦系数最低可以降低到0.12,NCD薄膜的最大沉积直径为140 mm.     

MPCVD法在基片边缘生长大颗粒金刚石的研究

本研究在自制的5 kW大功率MPCVD装置中,利用边缘效应成功的在基片边缘处以50μm/h的沉积速率沉积出品粒尺寸达500 μm左右的大颗粒金刚石并以70μm/h沉积速率同质外延修复长大了一颗天然的单晶金刚石.在实验中,利用SEM和Raman光谱对基片边缘区域和中央区域所沉积的金刚石颗粒进行了表征.结果表明,边缘处沉积的金刚石颗粒与中央区域沉积的金刚石颗粒相比,具有更大的晶粒尺寸和更好的质量.通过仔细观察实验条件,对边缘效应产生的原因进行了分析,发现由于基片边缘放电,使得基片表面的电场强度和温度分布发生变化,从而导致基片边缘区域的等离子体密度和温度高于中央区域,高等离子体密度和温度的综合作用是使得在基片边缘能以较高的沉积速率沉积出大尺寸金刚石颗粒的主要原因.     

Ar对微波等离子体CVD单晶金刚石生长的影响

采用自主研发的5 kW不锈钢谐振腔式MPCVD设备,在Ar/H2/CH4气氛下,保持总气压与CH4气流量不变,研究了不同Ar/H2比例对单晶金刚石生长速度和晶体质量的影响.通过拉曼光谱与高分辨率XRD摇摆曲线,从生长速度与生长质量两点对所得样品进行分析.结果表明,适量Ar的存在能够显著提高单晶金刚石的生长速度,并且不损害金刚石的晶体质量.当Ar/H2=30;时,生长速度最高,为35 μm/h.随着Ar/H2比例的进一步增加,单晶金刚石的结晶质量会有所下降,Ar/H2比例过高则会严重破坏单晶金刚石的生长.