摘要： 在熱絲CVD(HFCVD)、微波等離子體CVD(MWCVD)、直流電弧等離子體噴射(DC arc plasma jet)和燃燒火焰沉積(flame deposition)4種應(yīng)用最廣泛的金剛石膜制備方法中,直流電弧等離子體噴射被認(rèn)為是最有工業(yè)化應(yīng)用前景的技術(shù).但由于早期的基于超音速工業(yè)等離子體炬的直流電弧等離子體噴射盡管沉積速率非常高,但沉積面積很小,均勻性很差,因此直到21世紀(jì)初也未能得到工業(yè)化應(yīng)用.在中國863計(jì)劃的大力支持下,北京科技大學(xué)和河北省科學(xué)院緊密合作,采用具有中國獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)和特色的磁控長通道旋轉(zhuǎn)電弧等離子體炬和半封閉式氣體循環(huán)技術(shù),于1995年年底研制成功了100千瓦級高功率直流電弧等離子體噴射金剛石膜沉積系統(tǒng).經(jīng)過十幾年持續(xù)不斷的改進(jìn)和完善,目前已形成系列化的裝備,適合科研和工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的需求.目前的技術(shù)水平已可制備和工業(yè)化生產(chǎn)包括工具級、熱沉級和光學(xué)級大面積高質(zhì)量金剛石自支撐膜,并已在國內(nèi)外市場銷售.本文對中國直流電弧等離子體噴射技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述.

摘要： 采用有限元方法分析了鉬基體半徑對金剛石膜殘余應(yīng)力的影響,得出了膜內(nèi)徑向應(yīng)力、軸向應(yīng)力、剪切應(yīng)力分布的等值線圖.結(jié)果表明:徑向應(yīng)力在膜內(nèi)大部分區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力,其最大值隨著鉬基體半徑的增大而減小;軸向應(yīng)力在金剛石膜的側(cè)面邊緣處出現(xiàn)了較大的拉應(yīng)力,且其值隨著半徑的增大而增大,與此同時在側(cè)面膜/基界面邊緣處出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象;剪切應(yīng)力的最大值隨著鉬基體半徑的增大而增大.此結(jié)論可以在金剛石膜制備過程中,對應(yīng)力進(jìn)行有效的控制提供一定的參考價值.

摘要： 為了研究膜/基界面形貌對金剛石膜內(nèi)殘余熱應(yīng)力的影響,建立了3種典型形狀的界面形貌并用有限元方法進(jìn)行了數(shù)值模擬,基于模擬結(jié)果分析了界面形貌對金剛石膜內(nèi)的殘余熱應(yīng)力分量的影響.結(jié)果表明,界面形貌對金剛石膜/基界面附近的熱殘余應(yīng)力的大小和分布有顯著影響,平整光滑的界面可有效降低膜內(nèi)的殘余應(yīng)力.因此,在沉積金剛石膜前,應(yīng)盡可能降低基體表面的波峰以便提高金剛石膜的成品率.

摘要： 本文對硅基體上沉積金剛石膜的制備方法以及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了研究和介紹。通過研究發(fā)現(xiàn)，硅基體上沉積的金剛石膜幾乎沒有網(wǎng)狀裂紋出現(xiàn),改進(jìn)工藝條件后可得到更高強(qiáng)度。此外,本文還介紹了硅基金剛石膜目前技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r,面臨的問題以及應(yīng)用前景。

摘要： 利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積合成了微波器件用、無支撐金剛石膜。研究表明，除了設(shè)備條件外，工藝上存在許多關(guān)鍵的工藝問題。本文就多晶金剛石膜的沉積速率和晶面取向相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

摘要： 本文使用自行研制的橢球諧振腔式MPCVD裝置，以H_2-CH_4為氣源，就高功率條件下CH_4濃度對金剛石膜的生長速率和品質(zhì)的影響規(guī)律進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了大面積光學(xué)級金剛石膜的沉積。利用掃描電鏡、激光拉曼譜儀、傅立葉紅外光譜儀對金剛石膜的表面和斷口形貌、金剛石膜的品質(zhì)、紅外透過率等進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用自行設(shè)計(jì)建造的橢球諧振腔式MPCVD裝置在高功率條件下通過提高CH_4濃度會使金剛石膜的生長速率增加，但當(dāng)CH_4濃度達(dá)到一定比例后，金剛石膜的生長速率將不再繼續(xù)提高。CH_4濃度在0.5％～2％時制備的金剛石膜品質(zhì)較高；自行設(shè)計(jì)建造的橢球諧振腔式MPCVD裝置能夠滿足在較高功率下光學(xué)級金剛石膜的快速沉積要求。

摘要： 對傳統(tǒng)HFCVD金剛石膜沉積設(shè)備進(jìn)行小型化改進(jìn),分析了傳統(tǒng)沉積設(shè)備在真空系統(tǒng)和襯底機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上的不足之處;介紹了小型化CVD金剛石膜沉積設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成;詳細(xì)描述了該小型化設(shè)備的真空系統(tǒng)和襯底擺動機(jī)構(gòu).該系統(tǒng)具有均勻的表面溫度場和很高的運(yùn)行穩(wěn)定性,可以用于納米金剛石薄膜和金剛石厚膜的沉積,制備的納米金剛石薄膜晶粒大小基本上都在200 nm以下,納米硬度為(450～700)GPa;沉積的金剛石厚膜直徑達(dá)93 mm,晶粒完整均勻.

摘要： 本實(shí)驗(yàn)利用2kW微波等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備,系統(tǒng)探究了不同形核密度和氫等離子體處理對CVD金剛石膜沉積的影響.利用SEM、XRD和Raman光譜對樣品的形貌、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量進(jìn)行了表征,結(jié)果表明:形核密度越低,金剛石膜的晶粒尺寸越大,且隨著時間的延長,較低形核密度和高形核密度下沉積的金剛石膜能分別獲得取向和.當(dāng)給予合適的生長環(huán)境,不同形核密度下沉積的金剛石膜均能獲得較高的質(zhì)量.因此,金剛石厚膜的沉積,可以考慮在低形核密度的環(huán)境下進(jìn)行.另外,在相對較低的基片溫度和腔體氣壓下進(jìn)行氫等離子體處理,可以在保證金剛石膜表面CHx含量變化不大的情況下,充分減少金剛石膜表面或亞表面的非金剛石相,進(jìn)一步的提高金剛石膜的質(zhì)量.

摘要： 在刀刃上直接沉積納米級的金剛石薄膜，使刀刃受到保護(hù)、不受腐蝕，剃須時不易刮傷臉面。采用射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(RF-PECVD)輔助熱絲化學(xué)氣象沉積(rHF-CVD),即RF-HFCVD,以CH4、H2、Ar為氣源,在AF1鎢鋼剃須刀刃上,沉積納米級金剛石薄膜.研究了沉積壓力、CH4/H2流量比的變化對薄膜沉積的影響,采用掃描電鏡(SEM)、拉曼光譜(Raman)對薄膜的形貌和成分分析,利用Rockwell硬度計(jì)測試了膜基結(jié)合力.結(jié)果表明,沉積壓力、CH4/H2流量比的變化對金剛石膜的表面狀況影響很大,薄膜中sp3含量呈現(xiàn)先升高后降低的變化,并在700Pa、5.5％的碳?xì)浔葧r達(dá)到最大值.壓痕測試發(fā)現(xiàn)薄膜有微小的裂紋,膜基結(jié)合強(qiáng)度良好.

摘要： 利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法(MPCVD)合成了毫米波行波管用CVD金剛石膜。借助XRD、SEM和Raman等分析手段對合成的金剛石膜性能進(jìn)行評價，結(jié)果顯示:合成的金剛石結(jié)晶良好，純度高，晶面呈(Ⅲ)擇優(yōu)取向。合成的金剛石膜經(jīng)過優(yōu)化的激光切割和機(jī)械拋光后加工成毫米波行波管輸 能窗片:直徑4.4mm，厚度0.15mm。窗片的光學(xué)性能優(yōu)異:截止波長達(dá)到220nm，可見光透過率在70%以上(λ≥2.5μm)。