同质外延单晶CVD金刚石的研究进展

金刚石因具有诸多优异的物理化学性能而使其在很多领域都有非常广阔的应用前景.CVD法高速合成大面积、高质量单晶金刚石一直是人工合成金刚石的研究热点之一.本文首先从基底预处理、生长参数的优化以及合成工艺的改进这三个方面综述了MPCVD同质外延单晶金刚石的研究进展,其次对国内外CVD外延单晶金刚石的研究进展进行了简单的介绍,...     

异质外延生长金刚石薄膜的研究

本文用氢气、丙酮作为气体源，用微波等离子体化学气相沉积方法，在ＣＢＮ单晶的（１１１）晶面及单晶硅的（１００）晶面上进行了金刚石薄膜异质外延生长的研究。用ＳＥＭ、ＭＬＲ和Ｘ－ｒａｙ衍射方法对试验结果进行了观察、分析。通过实验发现，在ＣＢＮ单晶的（１１１）晶面及单晶硅的（１００）晶面上直接实现金刚石薄膜的异质外延生是不太可能的。     

金刚石薄膜外延生长温度与外延膜品质的研究

选用国产毫米级人造单晶金刚石,用微波增强的化学气相沉积方法,在氢气、丙酮体系中,实现了单晶金刚石的气相外延生长。通过扫描电镜等分析,初步实现了对外延单晶金刚石薄膜的品质鉴定。实验还发现,外延生长温度与金刚石晶面的原子密度关系密切。     

高温高压条件下金刚石膜的外延实验

本文研究了在高温高压条件下金刚石膜的同质外延生长。     

燃焰法沉积金刚石薄膜涂层刀具时的生长均匀性研究

在分析燃焰法民金刚石机理的基础上,研究了用燃焰法在刀具上沉积金刚石薄膜时的生长均匀性问题,提出了刀刃上金刚石的异常生长原因及抑制方法,获得了涂层均匀的金刚石薄膜涂层刀具。     

金刚石薄膜残余应力的X射线透射测量法

用X射线衍射透射法测量了不同沉积工艺CVD自支撑金刚石薄膜的残余应力，并对应力测试结果进行初步分析。与常规法相比，透射法直接测量薄膜表面不同方向的正应变，计算出正应力值，不需要复杂的转换计算，测量过程简捷、准确，克服了常规法的不足，有利于推动薄膜残余应力的研究。     

单晶金刚石外延层生长工艺研究

目的 研究高质量单晶金刚石外延生长工艺。方法 使用X射线白光形貌束分析了等离子体表面刻蚀处理前后单晶金刚石位错密度的变化,随后使用等离子体刻蚀预处理工艺,通过改变沉积温度研究了其对金刚石质量的影响。为了表征温度对单晶金刚石质量的影响程度,使用拉曼光谱和X射线衍射摇摆曲线等方法分析了单晶金刚石质量以及位错密度的变化情况,进而确定沉积高质量单晶金刚石最佳的沉积温度。结果 X射线白光形貌束结果显示,未进行氢氧等离子体表面刻蚀的籽晶生长之后,由于表面微加工、抛光引入的位错或者微裂纹,导致生长层位错增多;同时,氢氧等离子体表面刻蚀实验结果显示,刻蚀时间并非越长越好;使用刻蚀处理过的单晶金刚石籽晶进行不同温度外延生长实验,籽晶刻蚀后生长的金刚石拉曼峰位均在1332.5 cm?1附近,半高宽为2~3 cm?1之间。在900 ℃沉积之后,X射线摇摆曲线半高宽仅为0.009。结论 使用氢氧微波等离子体刻蚀单晶金刚石,800 ℃刻蚀40 min,可以基本消除因微加工或者抛光引入的位错或者缺陷。经过刻蚀处理的籽晶在900 ℃制备出的单晶金刚石质量最高,位错最少,可以满足高质量单晶金刚石的制备。     

人造金刚石单晶铁基金属包膜的精细结构

利用扫描Auger微探针和X射线光电子能谱等手段,研究了包覆着高温高压金刚石单晶的铁基金属包膜（Fe—Ni—C合金)的精细结构．结果表明,仅在临近金刚石单晶的包膜内层,C和Fe原子的精细结构有一明显变化;在接触金刚石单晶的包膜表面上,Fe,Ni最外层电子的结合能比包膜其它区域明显增高据此认为,邻近金刚石的包膜内层和接触金刚石的包膜表面在金刚石生长中起重要作用,Fe,Ni原子对C原子的催化很可能是在包膜内层或在金刚石／包膜界面上完成的．     

电蚀抛光CVD金刚石膜的实验研究

本文提出了一种新的ＣＶＤ金刚石膜抛光技术。采用该项技术,可以高效率的完成ＣＶＤ金刚石膜的粗抛光。ＣＶＤ金刚石膜表面被预先涂覆一层导电金属,然后采用电蚀方法对该表面进行加工,使金刚石膜突起的尖峰被迅速去除。加工中金刚石表面的石墨化使电蚀加工得以不断延续。通过单脉冲放电试验已经发现涂覆层的材料对金刚石膜的加工效果有很大影响。与普通金属加工相比,金刚石膜的电蚀过程有其完全不同的特征。通过试验和分析,本文还对金刚石膜的电蚀去除机理进行了初步探讨。     

热丝CVD金刚石涂层研究

用热丝法在硬质合金基体上沉积出金刚石涂层,对涂层的成分、结构、形貌、切削性能等进行了分析,结果证明用热丝法可获得较理想的金刚石薄膜。由于金刚石薄膜优良的使用性能和低成本,使其在工具应用方面有较广泛的市场,因此,加快其产业化的研究、扩大其产业规模,加快进入商品化阶段是CVD金刚石涂层的发展方向。     

一种提高MPCVD法制备金刚石膜均匀性的方法

采用自制的1 kW石英钟罩式微波等离子体化学气相沉积装置,以氢气和甲烷作为气源在镜面抛光的(100)面单晶硅片上沉积了金刚石薄膜。实验共制得两个样品,其中一个样品在制备的过程中加装了难熔的金属钽环,利用等离子体易吸附于金属钽环表面的特性,缩小了硅片中间与边缘等离子体密度差异,另外一个样品没有加装难熔的金属钽环。利用激光拉曼光谱仪和扫描电子显微镜(SEM)对制备的样品进行了表征,发现没有加装金属钽环的样品中间位置沉积的金刚石膜质量明显高于边缘位置沉积的金刚石膜,中间位置、离中间5 mm位置、边缘位置沉积膜层的厚度差别很大;加装了金属钽环的样品中间位置与边缘位置沉积的金刚石膜质量差不多,中间位置、离中间5 mm位置、边缘位置沉积膜层的厚度差别不大,上述结果证明金属钽环的加入是一种提高MPCVD法制备金刚石膜均匀性的方法。     

两步浸蚀法预处理对火焰法沉积金刚石膜形貌、结构和性能的影响

两步浸蚀法是有效改善硬质合金基体表面沉积金刚石膜质量的一种预处理方法。本文采用两种不同酸剂的两步浸蚀法分别对YG6硬质合金基体进行了表面预处理,然后在其上火焰法沉积金刚石膜,初步探讨了预处理工艺不同酸剂对金刚石膜形貌、组成和结构的影响。实验结果表明,两步浸蚀法预处理能有效抑制合金基体中粘结相Co促进石墨生长的催化效应,两种火焰沉积产物已连续成膜,主要为超细金刚石、少量石墨。     

金刚石膜生长法中石墨的纳米微团运动模型初探

利用扫描电镜分别观察了经高温高压处理后石墨在Ｎｉ７０Ｍｎ２５Ｃｏ５合金和金刚石包膜中的形貌特征,分析了种种上古老形貌形成的原因,初步探索了金刚石膜生长法中石墨的纳米微团运动模型,为进一步研究金刚石生成机理提供了新的线索。     

CVD金刚石膜{100}取向在改进化学反应模型下生长的原子尺度模拟

建立了CVD金刚石膜{100}取向生长过程中的化学反应模型，表面吸附生长机制以沟槽处碳氢组元加入的机制为主，并用改进的KMC方法在原子尺度上模拟了该模型下（100）表面的生长过程，给出了衬底温度和甲基浓度等操作参数对膜质量的影响，结果表明，该化学反应模型能够较实际地揭示{100}取向CVD金刚石膜的生长。