关于CVD金刚石表面图形化的研究进展

金刚石膜是一种具有巨大应用潜力的新型功能材料, 但是它极高的硬度和良好的化学稳定性使其难以被加工成型, 因此如何对金刚石膜表面进行精确的图形化加工是实现制造金刚石器件的关键技术问题之一。系统地介绍了金刚石表面各种图形化的技术, 并且比较了它们的优缺点。     

等离子体刻蚀处理对金刚石膜粘附性能的影响

采用直流等离子体射流ＣＶＤ法在ＹＧ８质合金基体上成功地合成了多晶金刚薄膜。通常基体表面经金刚石磨盘研磨、稀硝酸化学侵蚀脱钴预处理后，沉积的金刚石薄膜的的粘附性能仍不理想。本文首次采用原位的Ａｒ－Ｈ２等离子体射流对基体表面进行适当的轰击、刻蚀处理，显著粗化了基体表面，并使基体表面显微组织和化学成分发生重大变化，并且在合适的沉积工艺条件下，沉积的金刚石膜的粘附性能显著提高。借助ＸＲＤ、ＳＥＥＭ、ＴＥＭ     

氢氧等离子体预处理对单晶金刚石刻蚀坑的研究

采用自制的微波等离子体化学气相沉积装置,在高温高压法合成的金刚石的衬底上外延生长单晶金刚石。实验分为两步,首先用氢氧等离子体在生长之前进行预处理刻蚀,然后外延生长30 h。利用金相显微镜和激光拉曼光谱来表征单晶金刚石刻蚀坑以及外延生长的单晶金刚石质量。研究结果表明,氧会优先刻蚀籽晶表面的缺陷和位错,可以通过刻蚀坑密度来判断衬底质量,且经过预处理刻蚀能消除单晶金刚石表面的缺陷。籽晶表面经刻蚀后会出现平底型和尖锥型两种倒金字塔型刻蚀坑,且晶体表面的原本缺陷或由抛光造成起的缺陷会随刻蚀时间延长、刻蚀强度增大而消失。经过氢氧等离子体预处理外延生长的单晶中非金刚石相杂质含量较少,结晶性高。     

氧等离子体对金刚石膜的刻蚀研究

用微波放电法产生氧等离子体，通过改变系统中氧的浓度和金刚石膜的温度研究了氧等离子体对CVD多晶金刚石膜刻蚀的影响。实验结果表明：随着氧浓度的增加和金刚石膜温度的提高，刻蚀作用加剧；而在较低的氧浓度和金刚石膜温度条件下金刚石膜的晶界处首先被刻蚀，说明金刚石膜的境界处含有较多的非金刚石碳相。并且从等离子体对(100)和(111)面的刻蚀现象可知(100)面的生长是二维生长，(111)面的生长是岛状生长。     

亚微米聚焦离子束的漂移现象

研究李亚微米聚离子束（ＦＩＢ）系统的漂移现象，给出了测量漂移的方法，分析引起漂移的原因及降低漂移的措施，发现了偏转电极上的钝化层及污染物充电电荷所引起的漂移现象；测出了各电极电压变化所引起民漂移的大小；发现了由于外壳温度不均匀引起离子枪轴线相对样品变化所引起的漂移。提出了制作透镜电极时保持轴对称、特别是限制光栏必须位于透镜光轴的必要性。所给出的数据漂移数据既包含早期的单组透镜ＦＩＢ系统的数据，也包     

微波等离子体刻蚀处理对金刚石薄膜涂层刀具附着力和切削性能的影响

用HFCVD法在硬质合金（YG6）刀具衬底上沉积金刚石薄膜,用氢微波等离子体刻蚀的方法对衬底进行表面预处理,研究了该预处理技术对WC硬质合金衬底表面成分的影响,进一步探讨了所沉积金刚石薄膜的表面形貌和附着力,并通过难加工材料实际切削试验。研究了所制备的金刚石薄膜涂层刀具的切削性能。试验结果表明,Ar-H2微波等离子体刻蚀脱碳处理是提高金刚石薄膜附着力和改善涂层刀具切削性能的有效预处理方法。     

硅基外延β-SiC薄膜在不同刻蚀气体中的等离子体刻蚀研究

用等离子体刻蚀（PE)工艺，以四氟化碳（CF4）和六氟化硫（SF6）以及它们与氧气（O2）的混合气体作为刻蚀气体分别对Si基外延生长的β-SiC单晶薄膜进行了刻蚀工艺研究。结果表明在同样刻蚀工艺条件下，以SF6＋O2作为刻蚀气体要比以CF4＋O2作为刻蚀气体具有更高的刻蚀速率；在任何气体混合比条件下经SF6＋O2刻蚀后的样品表面都不会产生富碳（C）表面的残余SiC层；而经CF4＋O2刻蚀后的样品表面是否产生富C表面残余SiC层则与气体混合比条件有关，但刻蚀后的样品表面更为细腻。文中还对不同刻蚀气体下的刻蚀产物进行了讨论比较。     

干法刻蚀中射频等离子体电特性的研究

射频功率为５０－５００Ｗ（１３．５６ＭＨＺ），气压为１．３－１３．３Ｐａ的氩和四氟化碳放电气气氛中，测量了阻抗、直流自偏压和峰－峰电压。测量结果表明，这种放电可以采用容的电阻的串、并联来描述。同时研究了离子轰击两个电极的能量比率，指出过去被广泛假设的离子轰击能量的比率与电极面积比的四次方关系并不相符。     

ECR等离子体刻蚀增强机械抛光CVD金刚石

采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与机械抛光相结合的方法抛光化学气相沉积(CVD)金刚石,运用扫描电镜、Raman光谱观察、分析了刻蚀与抛光后金刚石的表面形貌和质量变化,并与单纯的机械抛光相比较,研究了等离子体刻蚀对后续机械抛光的影响,结果发现:金刚石经ECR等离子体刻蚀后非晶碳含量有一定程度降低,刻蚀过程在金刚石晶面形成的疏松表面有利于机械抛光,金刚石表面平均粗糙度更加快速降低。对比实验表明等离子体刻蚀对机械抛光前期的抛光效率的增强效果更为明显,在ECR等离子体刻蚀后的金刚石样品经10min机械抛光后粗糙度从7.284下降到1.054μm,而直接机械抛光30min时金刚石的表面粗糙度为1.133μm,在机械抛光的初始阶段,等离子体刻蚀后的机械抛光效率是单纯机械抛光效率的3倍。最终,经过三次重复刻蚀后机械抛光,金刚石表面粗糙度降为0.045μm。     

稀土化合物浆料对CVD金刚石厚膜的刻蚀

ＣＶＤ金刚石厚膜具有极高的硬度,使得对其进行表面抛光极为困难．传统的机械抛光方法既不经济又耗费时间,而一些新的抛光技术又由于实验条件限制而难以推广．针对以上情况,我们寻求到一种新的化学刻蚀方法,即利用稀土化合物浆料对金刚石厚膜生长表面进行刻蚀,破坏表面的晶粒使之成为晶骸,降低表面的耐磨性,以提高表面粗糙的金刚石厚膜的抛光效率．     

ICP刻蚀GaP表面形貌控制

不同角度的GaP表面形貌刻蚀主要依赖于刻蚀参数的调节以及光刻胶的形貌,但要得到能够重复的光刻胶形貌是很困难的.研究了如何通过调节感应耦合等离子（ICP）刻蚀仪器本身的参数,而不依赖于不定的光刻胶形貌来得到可重复的表面形貌.通过研究可知,射频功率与腔室压强是影响表面形貌的最重要的两个参数.射频功率越小刻蚀得到的角度越大,腔室压强越大刻蚀得到的角度也越大.通常BCl3等离子体被用来作为GaP的刻蚀气体,但为了维持所需的等离子浓度以及更大的操作压强,Ar被加入刻蚀气体中.     

纳米金属银、铜辅助化学刻蚀制绒金刚线切割多晶硅的研究

以金刚线切割多晶硅为原料,研究不同纳米金属催化剂(银、铜)辅助化学刻蚀对纳米结构引入及多晶硅片表面制绒效果的影响。研究结果表明:不同纳米金属物种诱导刻蚀对硅片表面形貌结构的影响巨大,相比于纳米银辅助刻蚀形成的硅纳米线阵列结构而言,纳米铜辅助刻蚀形成的倒金字塔结构在各方面的性能均比较突出,大面积微尺度的倒金字塔阵列结构可以更完美地融合表面低反射率和钝化不佳之间的矛盾,且硅片表面切割纹去除效果明显。当金属铜辅助化学刻蚀制绒15 min时,倒金字塔结构最规则、均匀,且在300~1 100 nm波段范围内,反射率由原片的41.8%降低至5.8%。同时倒金字塔形貌具有优越的减反效果和去除切割纹能力,使得制绒金刚线切割多晶硅片有望用来制备高效率的太阳能电池。     

硅粉在冷等离子体中的刻蚀纯化

介绍了一种用直流辉光放电产生的冷等离子体对硅粉刻蚀纯化的方法。实验是在氩气氛中进行，结果表明硅粉纯度可由97．66％提高到98．47％。处理后的硅粉还可进行熔化-固化-粉碎再处理，因此是一种技术上可行的太阳级硅制备新方法。文中还应用反应室鞘层厚度、硅粉沉降平均速度、考虑高能粒子刻蚀作用的刻蚀速率方程等进行理论分析，结果显示，在一定的工艺参数下，刻蚀提纯是有效的。这也为粉体表面刻蚀研究提供了新的思路。     

基于ICP的金属钛深刻蚀

MEMS应用领域的扩展要求开发硅材料之外其他新型材料的三维微细加工技术．为此,对金属钛这一新型MEMS体材料的三维加工进行了探索．金属钛不仅延展性和导电性好,且断裂韧度高、高低温特性以及生物兼容性好．采用电感耦合等离子体源（inductively coupled plasma,ICP）技术对金属钛进行三维深刻蚀,采用不同刻蚀掩模、氯基刻蚀气体,研究了线圈功率、平板功率和Cl2流量对刻蚀速率和选择比等工艺参数的影响,并对Ti深刻蚀参数进行了优化,得到0．91μm/min的刻蚀速率,可实现光滑表面和陡直侧壁．     

Crystallographic Orientation Dependent Reactive Ion Etching in Single Crystal Diamond

Sculpturing desired shapes in single crystal diamond is ever more crucial in the realization of complex devices for nanophotonics, quantum computing, and quantum optics. The crystallographic orientation dependent wet etch of single crystalline silicon in potassium hydroxide (KOH) allows a range of shapes to be formed and has significant impacts on microelectromechanical systems (MEMS), atomic force microscopy (AFM), and microfluidics. Here, a crystal direction dependent dry etching principle in an inductively coupled plasma reactive ion etcher is presented, which selectively reveals desired crystal planes in monocrystalline diamond by controlling the etching conditions. Using this principle, monolithic diamond nanopillars for magnetometry using nitrogen vacancy centers are fabricated. In these nanopillars, a half‐tapering angle up to 21° is achieved, the highest angle reported in the literature, which leads to a high photon efficiency and high mechanical strength of the nanopillar. These results represent the first demonstration of a crystallographic orientation dependent reactive ion etching principle, which opens a new window for shaping specific nanostructures which is at the heart of nanotechnology. It is believed that this principle will prove to be valuable for the structuring and patterning of other single crystal materials as well.     

Plasma Etching to Enhance Visibility of Nano Particles in Nanocomposites

The exfoliation and dispersion of nanoclay (2% by weight) and nanovermiculite (2% by weight) particles in a polymer matrix is analyzed using the Scanning Electron Microscope (SEM) after a low temperature air plasma etch. The plasma etch preferentially removes the polymer to expose the nanoparticles. Both Argon and air have been used as the etching media to study the etching process. SEM analysis illustrate the results of the etching in flat and edge surfaces of both nanoclay (MMT) and nanovermiculite (VMT) filled polymer. Both the MMT and VMT were dispersed using a IKA high shear mixer and a Sonicator.