金刚石及相关薄膜制备研究进展

金刚石及相关薄膜材料指的是金刚石薄膜和立方氮化硼薄膜,它们的制备技术被称为“新金刚石技术”。评述了这类材料制备技术研究进展,指出成核及生长机理的研究将是它们走向实用化的关键。     

金刚石薄膜的性质、制备及应用

金刚石有着优异的物理化学性质，化学气相沉积金刚石薄膜的研究受到研究人员和工业界的广泛关注。通过评述金刚石薄膜的性质、制备方法及应用等方面的研究成果，着重阐述化学气相沉积金刚石薄膜技术的基本原理，分析了各种沉积技术的优、缺点。结合对金刚石薄膜应用的讨论，分析了金刚石薄膜在工业应用中存在的问题和制备技术的发展方向。分析结果表明：MWCVD法是高速率、高质量、大面积沉积金刚石薄膜的首选方法；而提高金刚石的生长速度、降低生产成本等是进一步开发刚石薄膜工业化应用所需解决的主要问题。     

辅助气体组成对类金刚石薄膜结构和性能的影响

分别以氩气-甲烷、氩气-乙炔为辅助气体,高纯石墨为靶材,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术制备了类金刚石薄膜.采用Raman光谱、X射线光电子能谱、纳米压痕测试仪、原子力显微镜对所制备类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌进行了分析.Raman光谱和X射线光电子能谱测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜中sp3杂化键的含量比以氩气-乙炔为辅助气体制备的类金刚石薄膜的高.纳米压痕测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的纳米硬度比以氩气-乙炔为辅助气体的高.原子力显微镜测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度比以氩气-乙炔为辅助气体的低.以上结果说明辅助气体组成对类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌有较大的影响.     

SiC/DLC过渡层对类金刚石薄膜力学性能的影响

采用等离子体浸没离子注入及沉积技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备了类金刚石薄膜和含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜。采用拉曼光谱及扫描电子显微镜分析了薄膜的成分和结构,并利用超显微硬度计、薄膜结合力测试仪和往复式摩擦实验机研究了薄膜的硬度、韧性、膜/基结合力和耐磨性。研究结果表明,SiC/DLC过渡层可以提高钛合金(Ti6Al4V)表面类金刚石薄膜的韧性及膜/基结合力,与未制备过渡层的类金刚石薄膜相比,含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜的耐磨性明显提高。     

微波等离子体化学气相沉积技术制备金刚石薄膜的研究

介绍了微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）制备金刚石薄膜的研究情况，重点论述了该法的制备工艺对金刚石薄膜质量的影响及其制备金刚石薄膜的应用前景。     

纳米金刚石薄膜的制备特点及特性

纳米金刚石薄膜具有金刚石薄膜和纳米材料的双重优异特性，而在制备工艺上又与金刚石薄膜有所不同，通过与金刚石作比较，综述了纳米金刚石薄膜的制备特点，表征方法；并列举了其在场发射、耐磨减摩等领域的应用和其独特性能。     

金刚石薄膜的形貌分析及(100)面择优生长

采用等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜，所制备的薄膜呈现不同的形貌。运用双层膜实现金刚石薄膜（100）面的择优生长。分析了金刚石粒子晶体习性的内部制约因素，指出了合成金刚石形态是其内部结构因素与外部环境综合作用的结果。     

激光辐照对类金刚石薄膜改性及损伤研究

介绍了激光损伤的检测及损伤阈值的测量方法.讨论激光辐照对类金刚石结构和性质的影响规律.并论述不同工作参数的激光对类金刚石薄膜的激光破坏行为及其损伤阈值.在此基础上分析类金刚石薄膜激光损伤的机理.还从物理特性及制备技术方面着手,比较分析金刚石及类金刚石薄膜各自的优缺点和实际应用状况,并提出类金刚石薄膜的应用前景和有待进一步研究的问题.     

射频磁控溅射制备类金刚石薄膜的特性

采用射频磁控溅射技术,用高纯石墨靶在单晶硅片、抛光不锈钢片上制备了类金刚石薄膜(DLC)。采用Raman光谱、原子力显微镜、显微硬度分析仪,表征了类金刚石薄膜的微观结构、表面形貌、硬度。结果表明,制备的类金刚石薄膜中含sp2、sp3杂化碳键,具有典型的类金刚石结构特征。计算表明,对应sp3杂化碳原子含量的ID1IG为3.18;薄膜的表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0.17 nm;薄膜硬度可以高达30.8 GPa。     

砷化镓衬底CVD金刚石薄膜辐射探测器的研究

在砷化镓（GaAs）衬底上采用微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）制备了金刚石薄膜,并对制备的薄膜进行抛光、表面氧化、退火等处理以提高薄膜质量,再用磁控溅射法在薄膜表面沉积金（Au）铝（Al）电极,制备了简易的CVD金刚石薄膜辐射探测器。采用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱（Raman）技术对制得的金刚石薄膜质量进行了分析研究。结果表明,薄膜为[100]晶面取向,表面平整,杂质含量低。采用5.9keV55FeX射线对所制备的探测器进行辐射实验,测出其光电流和暗电流特性,从而对辐射探测器性能进行了表征。     

金刚石薄膜的形貌分析及（100）面择优生长

采用等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜，所制备的薄膜呈现不同的形貌，运用双层膜实现金刚石薄薄膜（１００）面的择优生长。分析了金刚石粒子晶体习性的内部制约因素，指出了合成金刚石形成是其内部结构因素与外部环境综合作用的结果。     

金刚石薄膜及高保真声学振动膜材料概述

综述了扬声器高音振膜材料的研究工作及其进展，特别介绍了金刚石薄膜（ＤＦ）制备扬声器振动膜和用类金刚石薄膜（ＤＬＣ）涂层制备扬声器振动膜方面的进展，探讨了用ＤＦ及其钛复合材料制备扬声器振动膜的技术，并采用直流电弧等离子体喷射法制备了多晶金刚石涂覆的球顶形钛扬声器高频振膜，测试证明声学效果优于涂覆前。     

掺硼金刚石薄膜二次电子发射特性的研究

掺硼金刚石薄膜具有负电子亲和势和良好的电子运输性能且容易制备,作为冷阴极材料在图像显示技术和真空技术等方面都有着巨大的应用价值,引起人们的注意.从二次电子发射的机理以及影响二次电子发射系数的因素等方面,对如何利用MPCVD法制备出高二次电子发射系数的掺硼金刚石薄膜进行了综述.论述表明通过合适的工艺条件,对薄膜表面进行适当的处理,是可以制备出高二次电子发射系数的阴极用金刚石薄膜的.     

掺硼浓度对金刚石薄膜二次电子发射特性的影响

掺硼金刚石薄膜具有负电子亲和势和良好的电子运输性能且容易制备,作为冷阴极材料在图像显示技术和真空技术等领域都存在巨大的应用价值,引起人们的广泛关注。采用MPCVD法利用氢气、甲烷和硼烷的混合气体,制备出不同浓度的掺硼金刚石薄膜。结果表明,掺硼浓度影响金刚石薄膜的物相结构、组织形貌,进而影响其二次电子发射性能,当硼烷的流量为4mL/min时,制备的金刚石薄膜质量最好,二次电子发射系数约为90。     

CVD金刚石薄膜抛光技术的研究进展

采用化学气相沉积 (CVD)方法在非金刚石衬底上沉积的金刚石薄膜 ,本质上为多晶 ,而且表面粗糙。然而 ,在金刚石薄膜的许多重要应用领域 ,如光学和电子学 ,都要求金刚石薄膜具有光滑表面 ,以便器件的制备或后续加工。本文论述了目前国际上出现的抛光CVD金刚石薄膜的主要方法 ,包括机械抛光法、热 化学抛光法、化学 机械抛光法、等离子体 /离子束抛光法以及激光抛光法等 ,深入分析了这些抛光方法的优点和不足 ,指出了今后需要重点解决的问题。最后 ,展望了CVD金刚石薄膜抛光技术的发展趋势     

液相电沉积金刚石薄膜的研究进展

评述了液相沉积(类)金刚石薄膜的研究现状,介绍了液相合成(类)金刚石薄膜的装置、液态源及薄膜的性能,分析了如何更好地提高(类)金刚石薄膜质量,并在此基础上提出了一种可能制备出高质量金刚石薄膜的脉冲电弧放电沉积装置.     

金刚石薄膜的发展、制备及应用

简要介绍了金刚石薄膜的发展,总结了金刚石薄膜的几种主要制备工艺并对各种工艺的优、缺点进行了分析。结合对金刚石应用的讨论,阐述了金刚石薄膜在工业领域中的应用前景和发展趋势。     

微波等离子体技术在高技术新材料领域的应用

微波等离子体的研究已有三十多年的历史,近十年来的研究已使微波等离子体技术扎根于高技术新材料领域中。讨论了陶瓷微波等离子烧结技术、MPCVD制备金刚石薄膜和光导纤维、微波ECR制备纳米固体薄膜和微波刻蚀技术等。     

射频辉光放电自偏压对类金刚石碳膜结构和性能的影响

采用高压探头示波器系统研究了射频辉光放电参数对自偏压的影响规律.结果发现自偏压随着射频功率平方根而线性增加,随纯Ar和Ar,C2H2混合气体气压的降低而降低,自偏压随C2H2的比率增大而增加,而且,射频输入功率在500和700 W下,由射频辉光放电所制备的类金刚石薄膜分别通过Raman光谱和纳米压痕技术测试,研究了这些薄膜的微观结构和机械性能.功率500 W制备的类金刚石薄膜(ID/IG为0.66)较700W制备的类金刚石薄膜(ID/IG为1.44)具有较高的硬度和sp3键含量,表明在500 W功率下制备的类金刚石薄膜中有高含量的sp3键.     

偏压技术在金刚石薄膜制备中应用的进展

近年来,用偏压技术进行异质外延单晶金刚石生长并将其尺寸增大到英寸级以上。偏压技术强大的形核能力使其也可用于制备取向金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和超纳米金刚石薄膜。本文综述了国内外关于偏压技术的机理以及偏压的形式和设备等方面的研究现状,以及表面反应模型、热尖峰模型和亚层注入模型的机理。常用的偏压包括直流偏压、直流脉冲偏压、脉冲叠合偏压和双极性脉冲偏压。还介绍了偏压对金刚石薄膜组织和性能的影响,详细阐述了其对取向生长,二次形核率,无定形碳-石墨-金刚石相转变以及生长速率和结合力的作用规律和机理。加偏压能改变轰击粒子能量和特定基团的浓度、影响金刚石相的转变和晶粒取向和尺寸,进而影响金刚石薄膜的光,力,热,电学性能。还讨论了目前研究工作中存在的一些不足,如偏压作用的机理仍不清晰,对电子浓度变化,氢原子刻蚀的作用尚缺少明确的解释等。最后展望了偏压技术在金刚石制备领域未来的研究和应用方向。