MPCVD法制备纳米金刚石薄膜的研究及应用进展

MPCVD 法制备纳米金刚石薄膜的研究及应用进展

何硕，汪建华，翁俊，刘繁

（武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，武汉430073）

摘要：通过介绍不同气源和相关工艺参数（温度、功率等）对MPCVD 法制备纳米金刚石的影响，并对部分学者的研究成果进行简述。然后简要概括了MPCVD 纳米金刚石在各种窗口、宽禁带半导体功率器件以及生物医学中的应用，最后对纳米金刚石未来的发展做出展望。

关键词：微波等离子体；化学气相沉积；纳米金刚石薄膜；应用中图分类号：O484；TQ164

文献标志码：A

文章编号：1006-7086（2016）05-0254-06

DOI ：10.3969/j.issn.1006-7086.2016.05.002

PROGRESS AND APPLICATIONS OF NANOCRYSTALLINE DIAMOND FILM BY MPCVD

HE Shuo ，WANG Jian-hua ，WENG Jun ，LIU Fan

（Provincial Key Laboratory of Plasma Chemistry and Advanced Materials ，

Wuhan Institute of Technology ，Wuhan

430073，China ）

Abstract ：This paper is mainly about the different gas source and related process parameters （like temperature ，pow-er ，etc.）of MPCVD preparing nano-diamond ，and gives a brief description of results of some scholars ’researches.Then ，this paper summarizes the applications of MPCVD nano-diamond in various windows ，wide band gap semiconductor pow-er devices and biomedical applications.Finally ，we prospect the future development of nano-diamond.

Key words ：microwave plasma ；Chemical Vapor Deposition ；nanocrystalline diamond thin film ；development

0引言化学气相沉积法（CVD ）沉积的金刚石薄膜由于

其良好的化学稳定性、极高的热导率和较高的弹性模量等优良性能，成为许多科学技术应用领域里的首选材料[1-2]。然而，用CVD 法制备出来的金刚石薄膜通常晶粒尺度为微米级，晶粒间存在有明显的空隙，且生长似柱状[3]，因而表面粗糙度较大。要降低表面的粗糙度，就必须对其进行抛光平整加工，但由于具有极大的化学惰性，硬度极高，接近天然金刚石，所以加工起来十分困难。为了更好的适应市场需求，在传统CVD 法沉积金刚石薄膜技术的基础上，人们进一步制备出了纳米金刚石（Nanocrystal?line Diamond ，NCD ）薄膜。NCD 比常规的金刚石具有更小的晶粒尺寸，通常为几个到几百个纳米[4]，表面更加光滑，摩擦系数小，不仅具有微米金刚石大多数的优良特性，还克服微米金刚石大的表面粗糙度的缺点[5-6]，是一种极具发展前景的薄膜材料。

目前制备纳米金刚石薄膜的方法主要有两种：微波等离子体化学气相沉积（Microwave Plasma CVD ，MPCVD ）法[7]和热丝化学气相沉积（Hot-Filament CVD ，HFCVD ）法[8]。其中HFCVD 法具有设备简单、操作方便、生长过程易控制、成本低廉等优点[9-11]，

但热丝（钽丝、钨丝等）材料在高温下容易挥发对沉积的金刚石造成污染，MPCVD 法相比于HFCVD 法产生的等离子体密度高，可以使用的反应气体范围较广[13]，避免了HFCVD 法的不足，是目前最具应用前景的方法。1

MPCVD 法制备纳米金刚石薄膜的研究

获得高质量的NCD 薄膜需具备两个关键条件：较高的形核密度和极高的二次形核率。因而在使用

MPCVD 法制备NCD 薄膜时，需要严格控制其生长条件。近年来国内外的专家学者为了沉积出高质量的NCD 薄膜，开展了一系列深入的探索与研究。

收稿日期：2016-05-19

基金项目：湖北省教育厅科学技术研究计划优秀中青年人才项目（No.Q20151517），武汉工程大学科学研究基金项目（No.K201506）作者简介：何硕（1992-），女，武汉人，硕士研究生，从事微波等离子体技术沉积金刚石。E-mail ：heshuo.melissa@https://www.360docs.net/doc/9a7124028.html, 。

真空与低温Vacuum &Cryogenics 第22卷第5期2016年10月

254

万方数据