CVD金刚石薄膜抛光技术的研究进展

采用化学气相沉积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。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。     

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     

CVD金刚石薄膜的介电性能研究

对直流电弧等离子体ＣＶＤ制备的金刚石薄膜的介电性能进行了研究，结果表明，金刚石薄膜的介电性能主要取决于样品的多昌性质以及表面和晶界处的非金刚石相和杂质成分。     

熔融铈快速抛光CVD金刚石厚膜及表面分析

利用熔融稀土铈(Ce)对CVD金刚石厚膜进行了抛光研究.详细讨论了工艺参数对抛光速率和表面粗糙度Ra的影响,获得了最佳抛光工艺.通过对抛光后金刚石膜表面的拉曼光谱(Raman)、俄歇能谱(AES)、扫描电镜(SEM)以及能谱(EDS)的分析,探讨了抛光机理.结果表明:该方法有很高的抛光速率,可达每小时数百微米.抛光后金刚石膜的Ra从10.845μm降低至0.6553μm.抛光的热处理工艺不但没有破坏金刚石表面的原始结构,而且由于铈对石墨的优先刻蚀,抛光后金刚石膜表面的石墨含量还大大减少.     

CVD金刚石薄膜取向生长研究现状

单晶衬底上外延生长金刚石薄膜一直是ＶＣＤ金刚石技术领域的重要研究方向之一,近年来这方面的研究取得了长足的进步。回顾了金刚石取向膜的研究史,介绍了提高金刚石膜取向度的方法和目前对金刚石取向膜生长过程,生长机理研究取得的进展及金刚石取向膜具有独特优异性能的实验研究。     

硬质合金表面Mo离子注入对CVD金刚石涂层形成的影响

采用离子注入工艺对YG6硬质合金表面进行处理,探讨了离子注入处理对硬质合金CVD金刚石涂层形成的影响。研究结果表明,Mo离子注入使硬质合金表面细化,金刚石涂层的粒度减小,改善了金刚石薄膜与合金衬底间的附着力。     

金刚石纳米粉促进的CVD金刚石薄膜的生长行为研究

采用由普通炸药爆轰制备的金刚石纳米粉对光滑硅衬底进行了涂覆预处理,研究了金刚石薄膜经徐覆和研磨预处理的两种衬底上的生长行为及其演化过程．结果表明,纳米粉处理能在显著提高成核密度的同时,大大缩短长成连续膜所用的时间;薄膜的生长由前后相继的两个阶段所构成,即确定晶面形成前球状颗粒的成长与融合和晶面的逐渐显露与晶粒长大过程．经足够长的生长时间后,所得薄膜具有结构致密、晶面清晰、晶形完整和表面平整度高的特征,特别适合于高致密性自支持薄膜的生长．而研磨处理衬底上生长的薄膜一旦成核,便有确定晶面的显露,但却出现明显的二次成核和孪晶,所得薄膜的致密性与表面平整度均不及徐覆处理的好．文中还对结果进行了简要讨论．     

CVD法生长金刚石薄膜中基片表面形貌对成核密度的影响

本文首次提出用分形理论研究CVD方法生长金刚石薄膜中基片表面形貌对成核密度的影响,发现:成核密度n与基片表面分形维数D之间存在一定关系;在D介于2～3时,n有峰值存存。     

硬度合金基体上CVD金刚石薄膜的形态表征

采用ＳＥＭ、Ｒａｍａｎ光谱、ＸＲＤ等测试方法，对直流等离子体射流ＣＶＤ法在硬质合金基体上合成的金刚石膜进行了形貌和结构分析。结果表明，该方法合成的金刚石膜形貌和质量受基体表面上的温度梯度、化学物质（原子氢、碳氢基团等）浓度梯度的影响较大。膜层内存在ＧＰａ数量级的残余压应力，微观应力很小。嵌镶块尺寸为纳米数量级，且随甲烷浓度增高而减小，由此而估算的位错密度统计平均值达１０＾１０ｃｍ＾－２数量级。综合     

氮离子注入CVD金刚石薄膜的场电子发射研究

对氮离子注入掺杂的微波等离子ＣＶＤ金刚石薄膜进行了场电子发射研究。结果表明,发射具有３特征,即当样品损伤层被击穿、发射体被激活后,稳定的发射建立起来,并表现出优异的发射性能,开启电压低（４５Ｖ）,发射电流大（１３０ｍＡ）。根据电介质的击穿模型和金属／电介质／真空的发射体模型对结果进行了讨论。     

CVD金刚石膜高效超精密抛光技术

CVD金刚石膜作为光学透射窗口和新一代计算机芯片的材料,其表面必须得到高质量抛光,但是现存方法难以满足既高效又超精密的加工要求.本文提出机械抛光与化学机械抛光相结合的方法.首先,采用固结金刚石磨料抛光盘和游离金刚石磨料两种机械抛光方法对CVD金刚石膜进行粗加工,然后采用化学机械抛光的方法对CVD金刚石膜进行精加工.结果表明,采用游离磨料抛光时材料去除率远比固结磨料高,表面粗糙度最低达到42.2 nm.化学机械抛光方法在CVD金刚石膜的超精密抛光中表现出较大的优势,CVD金刚石膜的表面粗糙度为4.551 nm.     

Fabrication and Characterization of FeNiCr Matrix-TiC Composite for Polishing CVD Diamond Film

Dynamic friction polishing (DFP) is one of the most promising methods appropriate for polishing CVD diamond film with high efficiency and low cost.By this method CVD diamond film is polished through being simply pressed against a metal disc rotating at a high speed utilizing the thermochemical reaction occurring as a result of dynamic friction between them in the atmosphere.However, the relatively soft materials such as stainless steel, cast iron and nickel alloy widely used for polishing CVD diamond film are easy to wear and adhere to diamond film surface, which may further lead to low efficiency and poor polishing quality.In this paper, FeNiCr matrix-TiC composite used as grinding wheel for polishing CVD diamond film was obtained by combination of mechanical alloying (MA) and spark plasma sintering (SPS).The process of ball milling,composition, density, hardness, high-temperature oxidation resistance and wear resistance of the sintered piece were analyzed.The results show that TiC was introduced in MA-SPS process and had good combination with FeNiCr matrix and even distribution in the matrix.The density of composite can be improved by mechanical alloying.The FeNiCr matrix-TiC composite obtained at 1273 K was found to be superior to at 1173 K sintering in hardness, high-temperature oxidation resistance and wearability.These properties are more favorable than SUS304 for the preparation of high-performance grinding wheel for polishing CVD diamond film.     

生长温度对CVD金刚石薄膜的影响

系统研究了ＣＶＤ金刚石薄膜成膜过程中生长温度对薄膜质量、生长率和力学性能的影响。研究结果表明：在典型沉积条件下，生长温度愈高、薄膜的晶体质量愈好；但薄膜的应力状况和附着性能变坏；在８００℃时，金刚石薄膜的生长速率最大。讨论了ＣＶＤ金刚石薄膜作为机械工具涂层的最佳生长温度。     

Grain-Scale Modeling of CVD of Polycrystalline Diamond Films

The evolution of grain size, grain-size distribution, morphological and crystallographic texture, surface roughness, and the contribution of various surface facets to the growth of polycrystalline diamond films is performed by carrying out a series of two-dimensional computer simulations. The films are assumed to grow from a set of randomly oriented, {100}- and {111}-faceted nuclei by the motion of their vertices (the points where the adjoining facets of the same or neighboring grains meet). The vertex velocities are found to be a function of the orientation and the growth rate of the adjoining facets. To quantify the latter, a {100} to {111} growth-rate parameter is used. The results show that the evolution of the grain size and its distribution, surface roughness, morphological and crystallographic texture, and the portion of the film grown from different surface facets are all mutually linked and governed by the magnitude of the growth-rate parameter. The latter can be controlled by the CVD processing conditions, such as the substrate temperature, reactor pressure, mole fraction of carbon-source gas (e.g., CH₄, C₂H₂).     

纳米金刚石计算机磁头抛光液的研制及应用

用聚氧乙烯型非离子表面活性剂可有效分散纳米金刚石于油介质中,由此制得了纳米金刚石抛光液,探讨了纳米金刚石的分散机理,认为庞大的亲水性基团聚氧乙烯基象一巨大的屏障膜,使纳米金刚石颗粒在油中相互弹开,削弱颗粒间的相互作用能,阻止了纳米颗粒的重新团聚,从而实现了纳米金刚石在油中的稳定分散.本文研制的纳米金刚石抛光液应用于计算机磁头的精抛光,能降低计算机磁头表面粗糙度50%以上,解决了计算机磁头行业的技术难题.实验结果表明,纳米金刚石是一种理想的计算机磁头抛光材料.     

热丝CVD法制备金刚石涂层刀具的研究现状

金刚石涂层刀具具有优异的硬度、耐磨性及导热性,在军事、航空航天等高精尖应用领域加工石墨、高硅铝合金、碳纤维增强塑料等难切削材料时无可替代,但目前金刚石涂层刀具存在两个问题:一是涂层与刀具间膜基结合力较差,导致涂层在使用中过早脱落;二是涂层表面粗糙度较大,难以保证被加工面的平整度与尺寸精度。本文从增强涂层结合力与降低涂层粗糙度两方面,将近年来科研人员对HFCVD法制备金刚石涂层的研究成果加以综述,并分析了各种因素对金刚石涂层刀具性能的影响。     

电镀铬-金刚石复合过渡层提高金刚石膜/基结合力

在铜基体上沉积铬-金刚石复合过渡层, 用热丝CVD系统在复合过渡层上沉积连续的金刚石涂层. 用扫描电镜(SEM)、X射线(XRD)、拉曼光谱及压痕试验对所沉积的镶嵌结构界面金刚石膜的相结构及膜/基结合性能进行了研究. 结果表明, 非晶态的电镀Cr在CVD过程中转变成Cr₃C₂, 由于金刚石颗粒与Cr₃C₂的相互咬合作用, 金刚石膜/基结合力高; 在294 N载荷压痕试验时, 压痕外围不产生大块涂层崩落和径向裂纹, 只形成环状裂纹.     

工艺条件对热丝 CVD金刚石薄膜电学性能的影响

采用不同的沉积条件,通过HFCVD方法制备了四种不同质量、不同取向的CVD金刚石薄膜．讨论了薄膜退火前后的介电性能．研究了不同沉积条件和退火工艺与介电性能之间的联系．通过扫描电镜SEM、Raman光谱、XRD、I-V特性曲线以及阻抗分析仪表征CVD金刚石薄膜的特性．结果表明,退火工艺减少了薄膜吸附的氢杂质,改善了薄膜质量．获得的高质量CVD金刚石薄膜具有好的电学性能,在50V偏压条件下电阻率为1．2×1011Ω·cm,频率在2MHz条件下介电常数为5．73,介电损耗为0．02．