低成本高质量金刚石膜生长技术及热学方面的应用

随着大功率电子、光电子、微波器件以及超大规模IC技术的飞速发展,急需新的热沉材料,用高导热高绝缘金刚石膜代替目前常用的热沉材料,具有广阔的应用前景和市场容量。现在的问题是建立和发展低成本大尺寸高导热金刚石膜的制备技术,解决与热沉应用相关的关键技术。 几年来,在国家“八六三”计划的支持下,建立和发展了直流热阴极PCVD,EA-CVD和微波PCVD等高质量金刚石膜的制备技术。用直流热阴极PCVD和EA-CVD方法制备出大尺寸高导热金刚石厚膜,沉积尺寸为φ80mm,膜厚最高达到4.2mm,     

CVD金刚石膜的产业化应用与目前存在的可题

在863计划的大力支持下，我国CVD金刚石膜研究在工具、热沉和光学应用等方面都取得了十分显的进展，不仅显缩小了与先进工业化国家的差距，而且已使我国开始进入产业化应用进程。目前国内已有一些小型高技术型公司和企业出现，但大都仅局限于金刚石厚膜工具(金刚石厚膜钎焊工具和金刚石拉丝模模芯)。在金刚石薄膜涂层工具、金刚石膜热沉和金刚石光学应用研究等方面已取得实质性进展，尽管离产业化应用仍有一定距离，但已具备产业化开发和市场应用的务件。本针对我国CVD金刚石膜的产业化前景和目前存在的问题进行了讨论，并提出了建议。     

CVD金刚石薄膜热,导率的研究

研究了直流等离子体喷射沉积金刚石膜的晶粒尺寸、晶粒取向、膜厚、杂质和缺陷对金刚石膜的热导率的影响。结果表明，随着晶粒尺寸的增大，金刚石膜的热导率先慢后快逐渐增大；随着膜的增厚，热导率先大幅度提高，达到一定值后，变化率变小；晶粒（111）取向对金刚石膜的热导率最有利，其次是（110）；非金刚石碳相和缺陷都降低膜的热导率，但晶间空隙对热导率的影响比非金刚石碳相大。     

钼片上CVD金刚石膜的界面研究

借助金相显微镜，ＳＥＭ、ＥＤＸＡ对钼片上ＣＶＤ金刚石膜的界面形貌和成分进行了研究，对比了加磁场与不加磁场所沉积的金刚石膜的横民面形态特征，结果表明：加磁场与否在ＣＶＤ金刚石膜和钼基体之间均存在数μｍ厚的Ｍｏ２Ｃ中间层，它呈细小柱状昌方式生长，该层以下的钼基体发生了再结晶细化；加磁场沉积的金刚石膜较致密，（显微）空隙数量较小、金刚石颗粒尺寸较小、金刚石膜背面粘附较多的Ｍｏ２Ｃ聚集物。压痕试验法评定的     

电沉析条件对钛合金表面液相沉积类金刚石薄膜的影响

在钛合金表面沉积类金刚石膜能改进钛合金的生物相容性，拓展其在人体植入材料中的应用。探讨了用液相电解沉积法在钛合金表面制备类金刚石薄膜的新方法。讨论了不同沉积条件对膜的影响。在1650和1850V时可以得到坚固的棕色膜。沉积36h后，膜厚基本不变。沉积膜的Raman谱图表明，在1650和1850V沉积得到的是类金刚石薄膜，而在2000V时无法得到类金刚石薄膜。对膜的XPS分析表明，其主要成份是碳。XPS谱还表明在1650V时得到的膜可以将钛合金表面完全覆盖，而在1850V时则不能。以SEM分析表明在1650和1850V时得到的膜是由粒径约为400nm的小颗粒组成，而在2000V时得到只是疏松结构。并对类金刚石膜及钛合金的血液相容性进行了比较。     

金刚石厚膜的晶界对耐磨性的影响

用直流辉光等离子体化学气相沉积制备金刚石厚膜，用氢的微波等离子体对其抛光截面进行刻蚀，研究了晶界对金刚石厚膜耐磨性的影响.结果表明：在金刚石膜的生长过程中，随着甲烷流量的增加，金刚石膜的晶界从纵向排列为主过渡到网状结构，晶粒内部缺陷逐渐增加，杂质、空洞主要分布于晶界处．金刚石膜的磨耗比随着晶界密度、宽度、杂质含量及晶粒内部缺陷的增加而下降．晶界是杂质、空洞主要富集区，是影响金刚石厚膜耐磨性的主要因素．     

类金刚石膜中应力释放花样形貌分析

用Ｒａｍａｎ谱研究了射频－直流等离子体化学气相沉积法制备的类金刚石膜结构，，用弯曲法研究了类金刚石膜的应力，用光学显微镜对类金刚石膜肿由于压应力的释放所形成的花样形貌进行了观察。类金刚石膜中存在１－４．７ＧＰａ的压应力。由于应力释放，在膜－基界面处观察到正弦曲线状，分枝状，直线状和花状花样外，还观察到时钟状和水泡状两种新型应力释放花样，用薄板起皱理论可以很好地解释这两种新花样。     

铜基体上CVD金刚石厚膜的制备

用MWCVD方法在无预处理铜基体上获得了金刚石薄膜和厚膜。所得金刚石膜从基体上自动脱落,但形貌分析和Ramman分析表明,所得金刚石膜具有较好的质量。因此铜是制备金刚石厚膜的理想基体材料。     

金刚石薄膜材料的研制进展

早期,在低压高温下,沉积金刚石膜主要依赖于通过化学气相沉积工艺使碳氢化物气体发生热分解。苏联科学家在这方面进行了开拓性的工作。在低压下形成的这种膜具有一系列的结构、形态、物理性质特征。它含有较大百分比的石墨碳及其它碳或碳-氢结构。在低压下,甚至形成金刚石薄膜的过渡物——类金刚石碳膜和类金刚石碳氢膜。早期的金刚石生长速率极小,约0.1μm/h,以致于它无多少实用价值。1982年,S.Ma-tsumoto采用热灯丝化学气相沉积法,1983年M.Kamo用微波等离子体化学气相沉积法制     

金刚石薄膜的应用

简要介绍了金刚石薄膜的发展史，着重叙述了金刚石膜在机械、光学、声学和半导体方面的一些应用，指出了金刚石膜在今后的研究和商品过程中所要遇到的一些问题。     

DCPJ法多次沉积制备金刚石厚膜的研究

用直流电孤等离子体喷射法进行了多次沉积，在硅衬底上制备了金刚石厚膜，并用扫描电镜对这种厚膜的截面结构和表面状态进行分析，发现截面有明显的层状结构，在原来晶面上进行二次沉积是一个重新的成核过程。并对多次沉积过程中金刚石晶粒的生长特性进行了描述。     

等离子体法制备类金刚石膜的研究

等离子体法制备超微材料是比较理想的方法之一，采用等离子体法制备类金刚石膜，近年来有了很大的进展，通过比较可知；等离子体法可以在低温下进行化学合成反应，实现了低温化学气相反应过程。     

Luminescent Properties of Porous Si Passivated by Diamond Film and DLC Film

Surface passivation methods for porous Si (PS) surfaces, i.e., depositing diamond film or diamond-like carbon (DLC) film on PS surfaces, were attempted. Two emission bands, weak blue band and strong red band existed in the PL spectrum of diamond film coated on PS, were discovered by the photoluminescence measurements. The luminescent mechanism and stability were discussed. The results indicated that diamond film may stabilize the PL wavelength and intensity of PS, and therefore could become a promising passivation film of porous Si. The PL properties of PS coated by DLC films, including hydrogenated diamond like carbon (DLC:H) film and nitrogen doped DLC film (DLC:N) were also studied in this paper. The DLC films may stabilize the PL of PS, but the photoluminescent intensity was obviously weaker than that of diamond film coated PS.     

Adhesion improvement of diamond films on cemented carbides with copper implant layer

The deposition of diamond films on cemented carbides is strongly influenced by the catalytic effect of cobalt under typical deposition conditions. Decreasing the content of Co on the surface of the cemented carbide is often used for the diamond film deposition. But the leaching of Co from the WC-Co substrate leads to a mechanical weak surface, often causing poor adhesion. In this paper we adopt a copper implant layer to improve the mechanical properties of the Co leached substrate. The copper implant layer is prepared with vaporization. The diamond films are grown by microwave plasma chemical vapor deposition from the CH₄/H₂ gas mixture. The morphology and the quality of the diamond films have been characterized by scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. A Rockwell apparatus has evaluated the adhesion of the diamond on the substrate. The results indicate that the diamond films have good adhesion to the cemented carbide substrate due to the recovery of the mechanical properties of the Co depleted substrate after the copper implantation and less graphite formation between the substrate and the diamond film.     

金刚石膜紫外光电导探测器及性能

用化学气相沉积法生长金刚石膜,在此膜上制作紫外光电探测器,并作了性能测试。该器件是叉指式电极结构,可以减小电极间隙,减少光激发载流子的损失,提高器件的响应灵敏度。表面处理可除去金刚石膜的低电阻表面层,提高器件对紫外光的探测性能。测试表明,用金刚石制作的器件对波长小于２２５ｎｍ的紫外光的响应比可见光高４个量级。     

镍衬底上定向金刚石膜的成核与生长

提出了一种包括晶粒接种、高温退火、成核、生长四过程的薄膜沉积新方法 ,用射频等离子体增强热丝化学气相沉积系统 ,在Ni衬底上制备了定向金刚石膜。通过对成核和生长两过程工艺条件的研究 ,掌握了提高成核密度和金刚石定向生长规律。实验还表明 ,膜与Ni衬底之间未见Ni C H界面层的形成     

直流热阴极PCVD法间歇生长模式制备金刚石膜

采用直流热阴极PCVD(Plasma chemical vapor deposition)法间歇生长模式制备金刚石膜,通过加入周期性的刻蚀阶段清除金刚石膜在一定生长期中形成的石墨和非晶碳等杂质,实现了金刚石膜生长的质量调控。间歇式生长过程分为沉积阶段和刻蚀阶段,两个阶段交替进行。采用Raman光谱、SEM和XRD对所制金刚石膜的品质进行了表征,并与同样生长条件下连续生长模式制备的金刚石膜样品进行了比较。结果表明,当单个生长周期为30 min(沉积时间为20 min、刻蚀时间为10 min)时,直流热阴极PCVD法间歇生长模式制备的金刚石膜中的非金刚石相杂质含量低于连续间歇生长模式制备的金刚石膜。     

金刚石膜内晶粒尺寸和取向对其热导率的影响

研究了金刚石膜内晶粒尺寸和取向程度对金刚石膜热导率的影响。通过对衬底表面进行不同研磨时间的处理和适当的工艺条件，采用灯丝热解化学气相沉积（ＨＦＣＶＤ）的方法在单晶硅衬底上形成了具有不同晶粒尺寸和不同程度（１００）晶面取向的金刚石膜，并研究了其热导率。结果表明，由大晶粒和较高程度（１００）晶面取向的晶粒构成的金刚石膜具有热导率特性。     

CVD金刚石膜紫外光探测器

宽禁带半导体金刚石具有许多独特特性，基于此种材料的紫外光探测器能在高温、强腐蚀和强辐射等恶劣环境下工作，成为近年来紫外探测技术研究的重点课题之一。本文综述了CVD金刚石膜紫外光探测器的研究及应用进展。     

热丝法沉积金刚石膜工艺参数优化的微观机理与预测

弄清化学气相沉积金刚石膜的机理对优化工艺参数具有指导意义。在前期工作中，作者辨析了氢原子、甲基和乙炔在金刚石膜沉积中的作用。本文建立了两个微观指标，即甲基浓度和氢原子与乙炔浓度的比值，分别对应生长金刚石和刻蚀非金刚石碳。通过对G-H和G-H-O反应气氛的模拟，讨论了这两个指标与灯丝温度、气源组成和气压的关系，并构建了含氧气氛生长金刚石的G-H-O三元相图。对热丝法沉积金刚石膜的工艺参数的优化选择进行了机理分析与预测。为工业化生产金刚石膜提供了参考。