CVD法制备高质量金刚石单晶研究进展

本文介绍了制备单晶金刚石的主要方法并对其进行了对比,从籽晶选择、预处理和生长工艺几个方面综述了微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石单晶的研究进展,并简单介绍了目前国内外在单晶金刚石制备上的进展,最后对CVD金刚石单晶在电子领域的应用进行了展望.     

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.     

电子辅助热丝CVD法合成金刚石膜

本文采用电子辅助热丝化学气相沉积法合成了厚度为４４０μｍ的金刚石膜。实验结果表明，适当地选择和控制各种沉积参数，可获得高质量的金刚石膜。本文还分析和讨论了基板温度、偏流、压强和甲烷浓度对金刚石膜质量的影响以及它们之间的相互关系。     

CVD金刚石膜声学特性的激光超声研究

本文介绍了压电薄膜检测的激光超声系统对CVD金刚石膜声速测量的原理及方法.利用反射回波法对二块金刚石膜试样的纵波声速的测量结果为(2.010±0.014)×104m/s,证实了CVD金刚石膜的高声速特性.     

管道热丝CVD金刚石膜反应器温度场的数值计算

在热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石膜的传统管道反应器中,对不同传热机制下管道壁温度场的空间分布进行了模拟计算.结果表明,管道壁温度场在纯热辐射机制作用下的分布很不均匀;在绝热和恒温的边界条件下考虑热传导作用后,管道壁温度分布的均匀性大大提高;进一步的热对流作用仅提高管道壁的总体温度,并不显著改变管道壁温度场的均匀性分布.     

炸药爆轰合成纳米金刚石及其应用

本文简介通过高能炸药合成球形纳米金刚石的一些研究进展.X射线衍射谱显示,得到的纳米金刚石微晶为立方结构金刚石;晶粒尺寸为4～6nm,并有很大的微应力.高分辨率透射电镜观察表明,金刚石微晶在形成过程中经历了液态碳微滴聚结长大的过程.在这种材料的应用方面,本文报道了纳米金刚石用于提高化学气相生长金刚石薄膜的成核率:其出色的场发射性能用于电子显示材料,以及用于耐磨、减摩材料的若干试验成果.     

微波等离子体下GaN的分解与纳米金刚石膜的沉积

采用微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)技术系统地研究了GaN的分解机制.结果表明微波等离子体富氢环境促进了GaN的分解反应,分解过程由表面缺陷开始,向侧面扩展,最后沿氮极性面进行;氢等离子体中通入少量氮气能够显著抑制GaN的分解,在此基础上采用两步生长法成功实现在GaN上纳米金刚石膜的直接沉积.     

热丝法CVD在75Si—Fe上沉积金刚石膜

首次在工业７５硅铁上热丝法气相沉积出了较好的金刚石薄膜。ＳＥＭ、Ｒａｍａｎ检测表明：金刚石薄膜有强烈的选择生长、初生硅区域（含硅９６ｗｂ％）金刚石成核生长缓慢、ＦｅＳｉ２区域成核密度约高前者一个数量级以上。本文对上述现象作了初步理论分析。     

纳米金刚石薄膜的合成、表征及应用

纳米金刚石薄膜具有众多优异性能,在众多领域有广泛的应用.本文在详细介绍纳米金刚石薄膜合成的基础上,着重阐述了对纳米金刚石薄膜的表征,介绍了近边X射线的吸收光谱可有效地用于鉴别大面积纳米金刚石薄膜.     

CVD金刚石化学机械抛光工艺研究

本文提出采用化学机械抛光的新工艺实现传统方法无法达到的超光滑、低损伤的表面抛光.本文在对金刚石氧化的化学热动力学研究基础上,配制了以高铁酸钾为主要氧化剂的化学机械抛光液,指出加快化学机械抛光过程金刚石氧化的工艺措施.研制了用于CVD金刚石化学机械抛光的可加热抛光头和摩擦力测量装置,着重研究了CVD金刚石的化学机械抛光工艺.试验得到最佳的抛光工艺参数:抛光压力为266.7 kPa,抛光盘转速为70 r/min,抛光头转速为23 r/min,抛光温度为50℃.化学机械抛光的摩擦系数在0.060 ～0.065范围内变化,为混合润滑状态.     

渗硼高速钢表面CVD金刚石膜制备研究

直接在高速钢表面生长CVD金刚石非常困难.为了克服高速钢中Fe元素对金刚石生长的不利影响,在高速钢表面利用渗硼技术先生成B、Fe的化合物的中间层然后再制备CVD金刚石膜.采用显微维氏硬度计、XRD衍射仪、扫描电子显微镜、激光拉曼光谱和洛氏硬度计对渗硼基体和金刚石膜进行检测,研究渗硼处理对高速钢基体和金刚石膜生长的影响.结果表明:渗硼热处理可以在高速钢表面形成一层致密的B、Fe化合物层,能有效降低Fe元素的不利影响,有利于金刚石的生长,在高速钢表面形成一层高附着的致密金刚石膜.     

大面积B掺杂CVD金刚石膜的制备研究

研究了采用B2O3作为掺杂源以EACVD法沉积大面积掺杂CVD金刚石膜,用SEM、Raman、二次离子质谱仪、四探针电阻仪等对B掺杂金刚石膜进行了分析.结果表明直径达100mm的大面积B掺杂金刚石膜的晶粒分布均匀,非金刚石碳含量较少,生长速率达到10μm/h以上;B掺杂改变了金刚石膜的成分和结构,高浓度掺杂可以细化晶粒,在高浓度掺杂的膜中存在一定的非晶态碳;金刚石膜中B的含量在一定范围内随着掺杂源浓度的增加而正比增加;金刚石膜的电阻率随着掺杂源B2O3的浓度的增加而下降,当掺杂达到一定浓度时,金刚石膜的电阻率逐渐趋向稳定.     

热丝CVD在涂巴基管硅基片上沉积大面积金刚石膜

本文采用多排热丝化学上沉积法在涂巴基管的硅基底上沉积金刚石膜，研究了金刚石膜的生长面积和质量均匀性。实验结果表明，随着热丝数量增加，金刚石膜的面积增加，随着丝底距增加和真空度提高，金刚石膜的质量均匀性提高。     

CVD金刚石薄膜表面的缺陷研究

用SEM方法观察分析了CVD金刚石薄膜表面的缺陷形貌和结构,直观的两种缺陷为孪晶和孔洞.孪晶反映了晶粒的不完整性,它的产生取决于气相中活性分子的浓度与生长表面活性位数目的比值,孪晶比率随碳源浓度升高和衬底温度的降低而增大;孔洞反映了膜的不致密性,其产生与膜生长速率和衬底表面初始成核密度切相关,孔洞密度随碳源浓度升高和衬底温度的升高而增大.     

计算机控制CVD金刚石生长系统的研究

在CVD金刚石生长系统的基础上设计开发了计算机控制系统,对金刚石生长过程中各物理信号进行监测与控制,实现了无人值守下金刚石的生长.详细介绍了计算机控制的结构和软件实现方法.最后介绍了在计算机控制之下金刚石厚膜,纳米金刚石薄膜以及复合膜的生长.结果表明该系统运行稳定、可靠,控制效果明显优于人工控制,具有非常广泛的应用价值.     

巴工管涂层条件下金刚石薄膜生长研究

采用热丝ＣＶＤ法，以Ｈ２和ＣＨ４混合气体为气体源，在涂有巴基管的单晶硅基底上，对金刚石薄膜生长进行了优化工艺参数实验。对所得薄膜进行了Ｘ射线衍射、Ｒａｍａｎ光谱和ＳＥＭ检测，结果表明，在适宜的钨丝功率和基底温度条件下，以巴基管为涂层，在硅基底上能快速生成优质的金刚石薄膜，并且金刚石晶形随积时间的延长呈现聚晶倾向。     

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.     

氢气浓度对掺氮超纳米金刚石薄膜的影响

采用微波等离子体化学气相沉积法,以甲烷和氮气为气源,通过改变反应气体中氢气的浓度,在硅衬底上沉积出掺杂氮的超纳米金刚石膜.并利用扫描电子显微镜,拉曼光谱仪,X射线衍射仪,霍尔效应测试仪分别对掺杂氮的超纳米金刚石膜的表面形貌,组成结构及导电性能进行了进行表征,重点研究了氢气浓度对薄膜特性的影响.结果表明:随着氢气浓度的增加,薄膜的晶粒尺寸逐渐增大;薄膜的质量提高,且由G峰漂移引起的压应力逐渐减小;薄膜导电性变差.     

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.