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。     

等离子热丝化学气相沉积金刚石膜工艺参数研究

采用等离子热丝化学气相沉积(PHFCVD)装置进行了金刚石薄膜的制备实验。实验条件为：氢气流量为200sccm,甲烷流量为2～12sccm,基体温度为700～900℃,偏压为0～400V,真空室压力为4kPa。通过实验得出了甲烷含量、基体温度和偏压对沉积金刚石膜的影响,并运用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)等测试方法对金刚石薄膜进行了观察分析。     

光子热丝法沉积金刚石膜

采用一种改进的热丝CVD系统沉积金刚石膜,在传统热丝CVD腔中设置一套红外线发生器,中心波长3.5μm,处于氢与甲烷分子拉伸振动吸收峰位置。由于共振吸收能量使反应气体分解加强,在反应区获得较高浓度的原子氢和活性碳氢基团,使金刚石膜的生长速率和品质得到了提高。     

化学气相沉积金刚石膜

详细讨论了金刚石膜的化学气相沉积方法、特性及生长机理。指出了今后的研究重点。     

热丝法化学气相沉积金刚石膜

用热丝法沉积金刚石膜,分离送入氢气和甲烷,可以减少钨丝碳化,提高功率利用率.分送与混送相结合,可以制备晶体形态良好的金刚石膜.到达基材表面的活性粒子的数量是提高金刚石膜生长速率的关键.生长速率可达3.8μm/h,均匀区面积达400mm2.     

热丝法化学气相沉积金刚石系统温度分布与薄膜生长关系研究

对热丝化学气相沉积金刚石薄膜系统内的三种传热方式（传导、对流和辐射）进行了比较分析,数值计算了气相空间温度分布和衬底表面二维温度分布。采用热丝化学气相沉积工艺制备了金刚石薄膜,扫描电镜结果显示金刚石薄膜在不同生长区域呈现出与温度分布相关的微观结构与形貌。     

用热丝法在硬质合金基体上沉积金刚石膜的研究

用XRD，SEM和Raman光谱仪，洛氏硬度计等分析检测手段。研究了经表面两步法侵蚀后，YG15硬质合金基体上用热丝法沉积出的金刚石薄膜的晶体结构，显微组织，化学纯度及粘结性能等，结果表明，硬质合金基体表面一定深度范围内钴含量的变化。对金刚石薄膜的晶体结构取向，组织形态，化学纯度及粘结性能等有很大影响。（1）在基体表面深度约为5μm范围内，当钴含量为0.81%时，金刚厂长汪膜具有明显的{111}面取向，其金刚石纯度较高；而当钴含量为1.05%时，具有{110}和{111}面的混合取向，其金刚石纯度较低，且其薄膜具有较高的内应力。（2）当CVD沉积温度为800℃时，金刚石薄膜的晶粒度约为1-3μm。（3）与多边形金刚石薄膜相比，菱形金刚石薄膜与硬质合金基体具有较高的粘结性能。     

热丝化学气相沉积纳米金刚石修复损伤PCD刀具的研究

利用热丝化学气相沉积装置, 以聚晶金刚石片为衬底, 在氢气/丙酮/氩气反应体系中研究了衬底温度对纳米金刚石生长的影响。采用扫描电子显微镜对生长结果进行了表征, 结果表明在衬底温度950℃的情况下, 金刚石薄膜表面结构呈\     

分离送入甲烷和氢气的热丝法沉积金刚石膜

采用热丝法沉积金刚石膜，分离送入氢气和甲烷，使作为发热体的钨丝电阻值比经典的热丝法降低２０％，用此法制得的金刚石晶形较好，实验表明：反应气体的流量对膜的致密生长区影响很大。     

大面积长生金刚石相关物理参量的空间分布

研究了在热丝化学气相生长金刚石的过程中,衬底温度、衬底表面附近的气体温度以及气流的质量流密度分布对金刚石膜的形核和生长的影响。模拟计算结果表明,这三个参量是空间位置的参数,在某些区域,这三个参量均匀分布。当热丝阵列面与衬底间距离超过７ｍｍ之后,这三个参量在衬底上有一个较大的均匀区域,在该区域的两侧,各参量值显著变化。在衬底中心的均匀区域,金刚石膜晶形清楚而致密;偏离该区域,这三个参量数值明显下降,形核密度和生长速度较低,三个参量均匀的区域可作为金刚石大面积均匀的形核和生长的位置。     

优化HFCVD系统内衬底温度场的数值研究

热丝对衬底的辐射是决定热丝化学气相沉积金刚石薄膜系统内衬底表面温度分布的主要因素。本文基于辐射传热基本原理 ,并考虑变热物性衬底的横向热传导 ,改进了衬底温度场的计算模型。数值模拟了衬底表面所受辐射热流密度分布和温度分布 ,结果表明辐射热流密度分布与辐射热平衡得到的温度分布形状一致 ,而衬底横向热传导提高了温度分布的均匀性。进一步计算并讨论了环境温度和热丝高度、数目、间距等几何参数对衬底表面所受辐射热流密度分布和温度分布的影响 ,给出获得 8cm× 8cm大面积均温区对应的热丝几何参数     

化学气相沉积法制备超纳米金刚石薄膜

采用微波等离子体化学气相沉积法,利用CH4、SiO2和Ar的混合气体在单晶硅片基底上制备出高质量的超纳米金刚石薄膜.表征结果显示,制备的薄膜致密而均匀,晶粒平均尺寸约7.47nm,表面粗糙度约15.72nm,并且其金刚石相的物相纯度相对较高,是质量优异的超纳米金刚石薄膜材料.     

线形微波等离子体CVD金刚石薄膜沉积技术

本文将讨论一种新型的微波等离子体CVD设备———线形微波等离子体CVD设备和其在金刚石薄膜制备技术中的应用。利用Langmuir探针方法对线形微波等离子体CVD设备产生的H2等离子体进行的等离子体参数测量表明,在工频半波激励的条件下,H2等离子体的电子温度和等离子体密度分别约为6 eV和1×1010/cm3。尝试利用线形微波等离子体CVD设备,在直径为0.5 mm的小尺寸硬质合金微型钻头上进行了金刚石涂层的沉积,获得了质量良好的金刚石涂层。由于线形微波等离子体CVD设备产生的等离子体面积具有容易扩大的优点,因而在需要使用较大面积等离子体的场合,它将有着很好的应用前景。     

热丝CVD生长SiCN薄膜的研究

在HFCVD系统中采用SiH₄/CH₄/H₂/N₂混合气体成功的制备了SiCN薄膜.SEM照片显示制备的SiCN薄膜由棒状结构构成,而在HRTEM下发现这些棒状结构是由生长在无定型SiCN基体当中的纳米晶粒组成的.进一步的SAED和XRD分析说明SiCN纳米晶粒具有类似于α-Si₃N₄的结构.XPS和FTIR分析表明薄膜中含有Si、C、N和O几种元素以及C=N、Si-N和C-N等共价键,但是并没有观察到C-Si的存在.由实验得出结论,SiCN晶体的生长包括两个步骤:α-Si₃N₄团簇的生长和C取代其中Si的过程.     

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。     

无支撑、光学级MPCVD金刚石膜的研制

利用引进的6 kW微波等离子体化学气相沉积设备,进行了无支撑金刚石膜工艺的初步研究。在800~1050℃的基片温度范围内,金刚石膜都呈(111)择优取向;基片相对位置对沉积较大面积、光学级金刚石膜至关重要。制出0.25 mm厚Φ50 mm的无支撑金刚石膜。拉曼光谱和X射线衍射分析表明,合成的金刚石膜晶体结构完整,sp2含量极低;透过率测试结果说明了优良的光学性能:截止波长225 nm,光学透过率(λ≥2.5μm)≥70%。     

热丝法制备多晶硅薄膜晶体取向及形态的研究

采用热丝化学气相沉积法(HWCVD),在很近的热丝与衬底距离(5 mm)下沉积多晶硅薄膜,研究了热丝温度、SiH4浓度对多晶硅晶粒取向和晶粒尺寸的影响规律。结果表明:当热丝温度在1400℃~1800℃变化,衬底温度225℃~320℃时,沉积出多晶硅薄膜的择优取向随温度升高的变化规律是(111)→(220)→(111);在低的灯丝温度(≈1450℃)和低的衬底温度(≈235℃)条件下,获得了晶粒横向尺寸大于1μm、垂直尺寸大于5μm的均匀致密的多晶硅薄膜。     

射频PECVD法制备Si-C-H薄膜的研究

本实验采用射频PECVD方法以高氢稀释的SiH4和CH4混合气体,在300℃低温下生长出了Si-C-H薄膜,并对沉积的薄膜在N2氛围中进行了退火研究.用红外吸收光谱、X射线衍射、原子力显微镜对薄膜进行热处理前后的结构和表面形貌分析.测试结果显示在所沉积的薄膜中含有Si-C键,分布于结晶性好的Si晶粒之间.     

金刚石CVD金属化及其应用

为了提高金刚石表面浸润性和焊接性,使金刚石与胎体实现牢固冶金结合,采用金刚石化学气相沉积(CVD)表面金属化的方法来改善金刚石表面性质。通过扫描电镜和能谱分析仪对金刚石表面金属化层进行表面形貌和成分分析;同时采用金属化处理的80目金刚石、综合性能较好的球形硬质合金和低熔点合金粉末以及新型焊接用粘结剂A2B,按照一定的配比制成堆焊焊条,进行钢齿牙轮钻头材料表面堆焊强化处理和耐磨性试验研究。结果表明:①采用CVD在金刚石表面沉积一层较厚的合金层,既保证了包覆的均匀性,也可以避免金刚石的多次高温受热,降低发生金刚石石墨化的几率;②CVD金属化层组织均匀、致密,镀层主要成分为Ni元素;③含有CVD金属化金刚石的自制焊条堆焊后总磨损量仅为江钻焊条的27.27%,耐磨性能非常好;④金刚石CVD金属化能够对金刚石表面进行改性,实现金属化金刚石、硬质合金和基体之间的良好结合。