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。     

高压下石英的激光拉曼光谱研究

在高压实验中,石英的相变被广泛作为实验仪器压力校正的标准,而在压力较低的情况下,石英通常还被用作压力指示剂,用来指示金刚石压腔中的压力.Christian等曾经论述了石英的拉曼特征峰的漂移小于20 cm-1时,其漂移量与压力的关系式.为了扩大关系式的适用范围,笔者利用金刚石压腔,以目前广泛使用的压力指示剂—红宝石作为压...     

添加Fe(C5H5)2合成氢掺杂金刚石大单晶及其表征

在Ni₇₀Mn₂₅Co₅-C体系中添加含氢化合物Fe(C₅H₅)₂作为新型氢源, 利用温度梯度法, 在压力为5.5-6.0 GPa、温度为1280-1400 ℃的条件下, 成功合成出氢掺杂的宝石级金刚石大单晶. 通过傅里叶显微红外光谱发现, 随着Fe(C₅H₅)₂添加量的增加, 合成晶体中与氢相关的对应于sp³杂化C-H键的对称伸缩振动和反对称伸缩振动的红外特征峰2850和2920 cm^-1逐渐增强, 而晶体中氮含量却逐渐减少. 通过合成晶体的拉曼光谱分析发现, 金刚石的拉曼峰伴随Fe(C₅H₅)₂的添加向高频偏移, 这表明氢的进入在金刚石内部产生了压应力. 观察扫描电子显微镜图像发现, 在低含量Fe(C₅H₅)₂添加时晶体表面平滑, 而高含量添加时晶体表面缺陷增多, 且呈现出气孔状. 使用新的添加剂Fe(C₅H₅)₂作为氢源, 合成出含氢宝石级金刚石单晶, 丰富了金刚石单晶中对氢的研究内容, 也可为理解天然金刚石的形成机理提供帮助.     

在H2—CH4—CO2气相系统中沉积金刚石薄膜

研究了在Ｈ２－ＣＨ４－ＣＯ２气相系统中金刚石薄膜的沉积情况。随着ＣＯ２浓度的增大，金刚石薄膜二次成核现象减少，晶体形态趋于完整，薄膜质量变化；随着ＣＯ２、ＣＨ４２的同时增大，金刚石薄膜农渐从完整晶体形态变为菜花状聚晶体，薄膜质量变差；在较高的ＣＨ４（约１５％）、ＣＯ２（约２０％）浓度下，仍可获得昌体形态貌良好的金刚石薄膜；在Ｈ２＿ＣＯ２气相系统中，不能沉积金刚石薄膜。     

单晶硅纳米切削中C–C键断裂对金刚石刀具磨损的影响

本文基于分子动力学方法模拟金刚石刀具纳米切削单晶硅, 从刀具的弹塑性变形、C–C键断裂对碳原子结构的影响以及金刚石刀具的石墨化磨损等方面对金刚石刀具的磨损进行分析, 采用配位数法和6元环法表征刀具上的磨损碳原子. 模拟结果表明: 在纳米切削过程中, 金刚石刀具表层C–C键的断裂使其两端碳原子由sp³杂化转变为sp²杂化, 同时, 表面上的杂化结构发生变化的碳原子与其第一近邻的sp²杂化碳原子所构成的区域发生平整, 由金刚石的立体网状结构转变为石墨的平面结构, 导致金刚石刀具发生磨损; 刀具表面低配位数碳原子的重构使其近邻区域产生扭曲变形, C–C键键能随之减弱, 在高温和高剪切应力的作用下, 极易发生断裂; 在切削刃的棱边上, 由于表面碳原子的配位严重不足, 断开较少的C–C键就可以使表面6 元环中碳原子的配位数都小于4, 导致金刚石刀具发生石墨化磨损.     

高压下天然顽火辉石能量色散X射线粉末衍射研究

 在北京同步辐射装置（BSRF）高压站对采自于河北大麻坪的天然顽火辉石,在室温高压（0~31.64 GPa）下,利用金刚石压腔装置（DAC）,进行了能量色散X射线粉末衍射（EDXD）原位测量,得到了顽火辉石在不同压力下的衍射图谱,并利用UnitCell软件进行解谱,获得了其晶胞参数a、b、c和晶胞体积V及其随压力的变化,最后利用Murnaghan等温方程得到了天然顽火辉石的体积模量K_T(0)=172 GPa、压缩系数及p-V状态方程,发现沿a、b、c三方向的压缩系数存在明显的各向异性,结果与斜方辉石的弹性波速各向异性完全一致。     

人造金刚石低压气相生长的相图计算

用非平衡热力学耦合模型计算了由CH₄/H₂，CO/H₂和乙炔火焰等气相体系生长金刚石的相图．与经典平衡热力学理论计算结果不同的是这些相图都有一个金刚石生长区存在．相图中的金刚石生长区是实现金刚石气相生长的热力学基础，它的存在体现了超平衡氢原子等激活粒子对石墨的激活和对金刚石的稳定作用．计算的相图与报道的实验结果基本相符，因而对金刚石气相生长的理论和实验研究具有重要的指导意义 关键词：     

Monto Carlo simulation of the behaviour of electrons during electron—assisted chemical vapour deposition of diamond

The behaviour of electrons during electron-assisted chemical vapour deposition of diamond is investigated using Monte Carlo simulation. The electron energy distribution and velocity distribution are obtained over a wide range of reduced field E/N (the ratio of the electric field to gas molecule density) from 100 to 2000 in units of 1Td=10^-17Vcm². Their effects on the diamond growth are also discussed. The main results obtained are as follows. (1) The velocity profile is asymmetric for the component parallel to the field. The velocity distribution has a peak shift in the field direction. Most electrons possess non-zero velocity parallel to the substrate. (2) The number of atomic H is a function of E/N. (3) High-quality diamond can be obtained under the condition of E/N from 50 to 800Td due to sufficient atomic H and electron bombardment.     

合成CVD金刚石涂层用硬质合金基体预处理工艺优化研究

以CH3COCH3和H2为反应气源,采用热丝CVD法在经过两步法和三步法预处理的YG6硬质合金(WC-6wt;Co)基体上沉积金刚石涂层.利用扫描电子显微镜和能谱仪分析检测预处理后的YG6基体的表面形貌和钴含量,通过对比三步法与两步法的预处理结果确定三步法最佳工艺.利用扫描电镜、X射线衍射仪和硬度计检测所得金刚石涂层的表面形貌、结晶性和膜基结合性.结果表明:三步法最佳工艺为先采用酸溶液腐蚀20 s,然后采用碱溶液腐蚀20 min,最后继续用酸溶液腐蚀3 min.三步法预处理后的YG6基体获得的金刚石薄膜生长更加均匀致密,晶粒取向更高,膜基结合性能更好.     

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜

微波等离子体化学气相沉积是制备金刚石膜的一个重要方法，能制备出表面光滑平整的大面积均匀金刚石膜，文章概述了ＭＰＣＶＤ制备金刚石膜的情况，介绍了ＭＰＣＶＤ制备金刚石膜装置的典型类型及其特点，在国内研制成功天线耦合石英钟罩式ＭＰＣＶＤ制备金刚石膜装置，并在硅片上沉积出大面积均匀的优质金刚石膜。