金刚石膜
金刚石薄膜的应用
金刚石薄膜的应用
金刚石薄膜被应用在众多的领域上：
①在药瓶内镀上金刚石薄膜，可以避免药品在瓶内起反应，延长药品的保全寿命；
②可作为计算机硬盘的保护层。
目前的计算机硬盘，磁头在不用时要移到硬盘旁边的位置上，如果硬盘包有金刚石薄膜，则磁头可以始终放在硬盘上，这样就提高了效率；
③在切割工具上镀上金刚石薄膜，可以使工具在很长时间内保持锋利；
④用于制造带有极薄金刚石谐振器的扬声器；
⑤涂于计算机集成电路块，能抗辐射损坏，而一般硅集成块却易受辐射损坏。
它能将工作时产生的热迅速散发掉，使集成块能排列得更紧凑些；
⑥用于分析X射线光谱的仪器，透过X射线的性能较别的材料好。
金刚石薄膜
金刚石薄膜金刚石薄膜，20世纪80年代中后期迅速发展的一种优良的人工制备材料。
通常以甲烷、乙炔等碳氢化合物为原料，用热灯丝裂解、微波等离子体气相淀积、电子束离子束轰击镀膜等技术，在硅、碳化硅、碳化钨、氧化铝、石英、玻璃、钼、钨、钽等各种基板上反应生长而成。
不仅具有金刚石的硬度，还有良好的导热性、良好的从紫外到红外的光学透明性和高度的化学稳定性。
在半导体、光学、航天航空工业、大规模集成电路等领域有广泛的应用前景，已在硬质切削刀具、X射线窗口材料、贵重软质物质保护涂层等方面应用。
[1]参考资料[1] 金刚石薄膜．大辞海[引用日期2020-11-17]从20世纪70年代起，原苏联就开始了金刚石薄膜的研究工作，开发出了化学气相沉积法，即CVD法。
日本于80年代初，借鉴原苏联的技术，开发出微波CVD法（MW CVD）；美国从1984年投入力量，开始追赶。
从1987年掀起了世界范围的金刚石薄膜热；西方国家把当今世界称为新金刚石时代；1988年10月在日本东京召开“首届国际新金刚石科学技术研讨会”，16个国家、360名代表参加；1990年9月在美国华盛顿召开了第二届“新金刚石研讨会”，有18个国家、470名代表参加，发表了180篇文章，其中有一半以上是有关CVD法。
近年来，日本每年拿出1亿美元投入到薄膜开发；1991年美国政府拨款约1千万美元。
不久将来以金刚石薄膜为基础的新一代电子产品，会大量出现。
有下面几例可说明当今金刚石薄膜的生产技术水平：①1991年美国应用脉冲激光方法，在铜衬底上成功地合成出金刚石单晶；②日本于1991年取得金刚石薄膜沉积速度达1000μm/h的水平；③1991年，乌克兰超硬材料研究所研制出直径达半米的薄膜，并向一米直径进军；④金刚石薄膜的沉积温度，已降至350℃。
我国“七五”规划863工程金刚石薄膜开发项目执行以来，已有30多个大学及院所，以及公司从事开发研究，取得可喜的进展，大多数国外采用的方法国内均有并已达到了实际应用水平。
金刚石膜技术的原理及其应用
金刚石膜技术的原理及其应用随着科技的不断发展，人们对于美容美肤的要求也越来越高，因此，各种美容技术应运而生，其中，金刚石膜技术成为了一种非常热门的技术。
那么，金刚石膜技术是什么？它的原理是什么？又有哪些应用呢？今天，我们就来深入探讨这个问题。
一、什么是金刚石膜技术？金刚石膜技术，英文名为Diamond Peel，它是将钻石微粒以特殊的方式安装在金刚石微电极上，通过高速旋转和磨擦来去除角质层的一种美容技术。
与传统的磨砂膏、果酸等方法相比，金刚石膜技术更加安全、温和，可以有效去除角质，收缩毛孔，淡化细纹，让皮肤变得更加光滑嫩白。
二、金刚石膜技术的原理是什么？金刚石膜技术的原理主要有三个方面：1、机械去角质：金刚石膜技术是一种机械去角质的方法。
在技术过程中，金刚石微电极可以高速旋转，并且和皮肤表面摩擦，去除老化的角质层。
2、吸附作用：金刚石膜技术的另一个原理是吸附作用。
钻石微粒可以吸附大量的皮肤油脂和污垢，从而深层清洁皮肤。
3、促进细胞更新：金刚石膜技术还能够促进皮肤细胞的更新，使得皮肤的代谢功能得到提高，从而让肌肤更加光滑细腻。
三、金刚石膜技术的应用1、去除皮肤表面的老化角质层：金刚石膜技术可以轻松去除皮肤表面的老化角质层，让肌肤更加光滑、细腻。
2、深层清洁皮肤：金刚石膜技术可以吸附大量的油脂和污垢，深层清洁皮肤，从而减少黑头、粉刺的生成。
3、促进皮肤代谢：金刚石膜技术还可以促进皮肤细胞的更新，从而让皮肤的代谢功能得到提高。
此外，金刚石膜技术还可以激活皮肤的活性，让肌肤更加有弹性。
4、淡化色斑：金刚石膜技术还可以淡化色斑、去除暗沉，让肌肤更加亮白。
5、提升肌肤吸收能力：金刚石膜技术可以清洁毛孔，提高皮肤的吸收能力，让后续的美容产品更容易被吸收和利用。
总之，金刚石膜技术是一种非常先进的美容技术，可以有效地去除老化的角质层，深层清洁皮肤，促进皮肤代谢，从而让肌肤更加光滑、嫩白、有光泽。
如果你想要改善肌肤质地，不妨尝试一下这种技术，相信会为你带来惊喜的效果。
金刚石薄膜的性质、制备及应用
金刚石薄膜的性质、制备及应用金刚石薄膜因其独特的物理、化学性质而备受。
作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将详细探讨金刚石薄膜的性质、制备方法以及在各个领域中的应用，旨在为相关领域的研究提供参考和借鉴。
金刚石薄膜具有许多优异的物理和化学性质。
金刚石是已知的世界上最硬的物质，其硬度远高于其他天然矿物。
金刚石的熔点高达3550℃，远高于其他碳材料。
金刚石还具有优良的光学和电学性能。
其透明度较高，可用于制造高效光电设备。
同时，金刚石具有优异的热导率和电绝缘性能，使其在高温和强电场环境下具有广泛的应用潜力。
制备金刚石薄膜的方法主要有物理法、化学法和电子束物理法等。
物理法包括热解吸和化学气相沉积等，可制备高纯度、高质量的金刚石薄膜。
化学法主要包括有机化学气相沉积和溶液法等，具有沉积速率快、设备简单等优点。
电子束物理法是一种较为新兴的方法，具有较高的沉积速率和良好的薄膜质量。
各种方法的优劣和适用范围因具体应用场景而异，需根据实际需求进行选择。
光电领域：金刚石薄膜具有优良的光学性能，可用于制造高效光电设备。
例如，利用金刚石薄膜制造的太阳能电池可将更多的光能转化为电能。
金刚石薄膜还可用于制造高品质的激光器、光电探测器和光学窗口等。
高温领域：金刚石的熔点高达3550℃，使其在高温环境下具有广泛的应用潜力。
例如，金刚石薄膜可应用于高温炉的制造，提高炉具的耐高温性能和加热效率。
金刚石薄膜还可用于制造高温传感器和热电偶等。
高压力领域：金刚石具有很高的硬度，使其在高压环境下保持稳定。
因此，金刚石薄膜可应用于高压设备的制造，如高压泵、超高压测试仪器等。
金刚石薄膜还可用于制造高精度的光学镜头和机械零件等。
本文对金刚石薄膜的性质、制备及应用进行了详细的探讨。
作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在光电、高温、高压力等领域具有广泛的应用前景。
金刚石表面覆膜的方法及应用
金刚石表面覆膜的方法及应用一、化学气相沉积法化学气相沉积（CVD）是一种常用的金刚石表面覆膜方法。
该方法利用含碳气体（如甲烷、乙炔等）在一定条件下发生化学反应，生成金刚石薄膜。
CVD法具有沉积温度低、薄膜质量高等优点，但制备的金刚石膜通常较厚，需要进一步加工以适用于实际应用。
二、物理气相沉积法物理气相沉积（PVD）法是另一种常用的金刚石表面覆膜技术。
该方法通过物理手段（如真空蒸发、离子溅射等）将含碳气体或碳源材料转化为原子态或离子态，然后沉积在基底表面形成金刚石膜。
PVD 法具有较高的沉积速率和较低的制备温度，但制备的金刚石膜较薄，且性能相对较差。
三、热丝化学气相沉积法热丝化学气相沉积（HFCVD）法结合了CVD和热丝技术的优点。
在HFCVD法中，高活性含碳气体在加热的钨丝或镍丝上发生化学反应，产生碳氢自由基或碳离子，并吸附在基底表面形成金刚石膜。
HFCVD 法能够制备高质量的金刚石膜，并具有良好的附着力。
然而，制备过程中需要精确控制热丝温度和气体流量，以保证薄膜质量和沉积速率。
四、激光诱导化学气相沉积法激光诱导化学气相沉积（LCVD）法是一种新型的金刚石表面覆膜技术。
该方法利用激光诱导气体发生化学反应，产生碳氢自由基或碳离子，并在基底表面沉积形成金刚石膜。
LCVD法具有较高的沉积速率和制备温度低等优点，但由于激光诱导过程中可能出现局部过热或光损伤，因此需要优化激光参数以获得高质量的金刚石膜。
五、应用金刚石表面覆膜技术在许多领域具有广泛的应用价值。
例如，在机械领域，金刚石膜可以作为超硬材料应用于刀具、磨料等产品中，提高其使用寿命和加工效率。
在光学领域，金刚石膜具有优异的透光性能和机械稳定性，可用作窗口材料或光电子器件的涂层材料。
此外，金刚石膜在电学、热学、生物学等领域也具有潜在的应用前景。
随着制备技术的不断发展和成本降低，金刚石表面覆膜技术的应用将更加广泛。
金刚石薄膜
图1 碳的相图
各种动力学因素：
反应过程中输入的热能或射频功率等的等离子体能量、反 应气体的激活状态、反应气体的最佳比例、沉积过程中成 核长大的模式等对生成金刚石起着决定性的作用。 选用与金刚石有相同或相近晶型和点阵常数的材料作基片， 降低金刚石的成核势垒。却提高了石墨的成核势垒。 石墨在基片上成核的可能性仍然存在，并且一旦成核，就 会在其核上高速生长，还可能生成许多非晶态碳，因此， 需要有一种能高速除去石墨和非晶态碳的腐蚀剂，相比之 下，原子氢是最理想的腐蚀剂，它能同时腐蚀金刚石和石 墨，但它对石墨的腐蚀速率比腐蚀金刚石的速率高30~40 倍，这样就能有效地抑制石墨相的生长。
金刚石的性能
金刚石薄膜具有优异的机械、热、光、电、
半导体、声、生物及化学性能，下面只简要
介绍热敏特性及光学性能。
1．热敏特性
金刚石薄膜的电阻随温度的升高，下降得非常快。
未掺杂的金刚石薄膜计算得到的材料常数B值为 4443K，材料激活能E为0.38eV； 掺杂硼可改变B和E值，便于与二次仪表匹配。 因此金刚石薄膜可用于制造热敏电阻，具有灵敏度高、 工作温度范围宽、抗辐射能力强等优点。
类金刚石薄膜的制备方法
类金刚石薄膜的制法可以分为三类： 等离子体化学气相沉积法
离子束法
溅射法
类金刚石薄膜的性能
DLC的电阻率变化范围较宽(102~1014），一般含H 的DLC的电阻率比不含H的DLC高，这或许是H稳定 了 sp 3 键的缘故。 各种沉积法制备的DLC的硬度变化范围是很大的 2 （ H v 1500~ 10000kg/mm ）。 内应力和黏附力决定着薄膜与基体结合的稳定性和薄 膜的寿命。内应力产生于沉积过程中的热膨胀差别或 由于杂质掺入界面，结构排列不完整或结构重排而致 的本征应力。DLC中一般都存在较大的压应力（GPa 量级），影响内应力的因素很多，如DLC中的H含量、 膜厚均匀性、膜层周围气氛等。
金刚石薄膜研究及在制造业中的应用
金刚石薄膜研究及在制造业中的应用金刚石薄膜是一种高科技材料，具有优异的机械、光学、电子性能，被广泛应用于各个领域。
随着科技的不断进步，金刚石薄膜研究也不断深入，其在制造业中的应用也更加广泛。
一、金刚石薄膜的制备技术金刚石薄膜的制备技术主要包括化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两种方法。
CVD法是指将金刚石前体气体在热力学平衡条件下分解，沉积在衬底上形成金刚石薄膜。
该方法具有制备工艺简单、成本低等优点，但对设备和前体气体纯度要求较高，且易产生晶面取向不均匀等问题。
PVD法主要是利用离子束或者真空电镀等方法将金刚石材料沉积在衬底上。
该方法具有沉积速率快、晶面取向良好等优点，但缺点是设备复杂、制备周期长等。
二、金刚石薄膜在制造业中的应用1. 硬质合金刀具金刚石薄膜不仅硬度高，而且有优异的耐磨性能，使得其在制造业中的应用非常广泛，最为常见的应用就是硬质合金刀具。
生产硬质合金刀具的工艺主要包括两部分，即刀具材料的制备和刀具的制造加工。
其中，金刚石薄膜主要用于刀片的磨削和切削加工。
通过金刚石薄膜的应用，能够大幅提升硬质合金刀具的切削效率和耐磨性能。
2. IC制造IC制造是目前普遍应用金刚石薄膜的领域之一。
在IC生产过程中，金刚石薄膜可用作金属线路的保护层和刻蚀标记层，能够大幅提升IC制造的效率和稳定性。
为了提高IC器件的可靠性和生产效率，人们通过金刚石薄膜的应用，使IC器件的寿命更长，效率更高，品质更稳定。
3. 机械密封件机械密封件是金刚石薄膜在制造业中的另一个应用领域。
在高压、高温和强腐蚀环境下，金刚石薄膜的耐磨性、耐腐蚀性和高压强度能力非常优异，使得其广泛应用于机械密封件的制造过程中。
通过金刚石薄膜的应用，能够大幅提高机械密封件在高强度、高温度和腐蚀环境下的使用寿命和性能稳定性。
三、金刚石薄膜在未来的发展与应用随着人们对金刚石薄膜的研究不断深入，其未来的应用领域也会越来越广泛。
目前，有关金刚石薄膜材料的研究主要集中在以下几个方面：1. 提高金刚石薄膜的厚度和质量目前，金刚石薄膜的厚度仍然比较薄，只有几纳米，受到厚度限制的应用场景也较为有限。
金刚石膜的性质_应用及国内外研究现状
T ab le 1 T he m echan ica l p rop erties of diam ond film
硬度 抗张强度 抗压强度 杨氏模量 热冲击系数 泊松比 弹性模量
～ 10000kg mm 2 272kg mm 2
9. 8×1013kg mm 2 1. 2×1012Pa 107W m 0. 2 10. 35×1010Pa
金刚石优异的力学性能突出地表现它的硬度在
所有物质中是最高的, 可达到 10000kg mm 2, 它可以
用来制作切削工具和耐磨部件[1], 在机械加工领域应 用广泛。 另外它具有很高的杨氏模量和弹性模量, 是 制作表面压力传感器的理想材料[2], 见表 1。
2. 2 电学性能
金刚石优异的电学性能突出地表现在金刚石具 有宽禁带和高的电子与空穴迁移率。 它的禁带宽达 5. 5eV , 比常用的半导体 Si 材料的禁带宽度高 5 倍左 右。 仅次于立方氮化硼的禁带宽度 (6. 6eV ) , 因此即 使在较高的温度下, 电子从价带到导带的跃迁几率也 比较小, 同时金刚石由于掺杂诱导的半导体性质, 可 用于制作高温半导体器件, 并有希望成为替代 Si 材 料的新一代半导体材料 [ 3 ]。由于金刚石具有很高的电 子、空穴迁移率, 特别是它的空穴迁移是 Si 的 4 倍, 使制作的电路具有很高的运行速度, 此外由辐射所引 起的载流子不易积累而影响器件的特性, 因而是制作 高可靠性、抗辐射半导体器件的理想材料[4], 见表 2。
折射率
2. 41 (590nm )
光吸收
在 8Λm 处有弱吸收
透明性
225nm～ 远红外
2. 5 声学性能
金刚石具有高的杨氏模量和弹性模量, 便于高频 声学波高保真传输, 是制作高灵敏的表面声学波滤波 器 (SAW ) 的新型材料[7], 见表 5。
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图4-1
2.离化沉积法
图2-2是微波等离子体化学气相沉积装 置的示意图。 微波CVD法是制备优质金刚石膜的一种 好方法。其主要缺点是难以在大面积 衬底上沉积金刚石膜，因为大直径的 “驻波腔”难以设计制作，而且由于 器壁被等离子体腐蚀，造成对金刚石 膜层的污染。 Matsumoto对装置进行过改进设计，可 以实现在大面积上沉积金刚石膜，在5 -15KPa低压下，生长速率为0.5-3um/h ，若工作在常压下，可获得30um/h的 生长速率。
图2-6
金刚石膜的制备
(三)、火焰燃烧法
图3-1是火焰燃烧法的装置示意图 。 这种方法最大的优点是设备简单， 在大气下即可沉积，而且沉积速率较高 (30-100um/h)。它的缺点是工艺较难控 制，特别是内焰覆盖区域，非金刚石炭 如不能及时去除，就会造成非金刚石碳 量较高，得不到纯金刚石膜。 图3-1
(四)、物理气相沉积(PVD)法
物理气相沉积金刚石膜，一般有溅 射镀、离子镀、真空蒸发镀等方法。从 本质上讲，它应该是从使用固态碳源或 气态碳氢化合物中获取碳原子或碳离子 而沉积出金刚石膜。一般情况下用这种 方法沉积金刚石膜的工艺难度大，沉积 的膜层纯度也较差。 1.溅射镀膜法 溅射镀膜法是用能量为500eV，平均 电流密度为1mV/C㎡的Ar离子束来溅射石 墨靶。图4-1是离子束溅射镀膜装置的示 意图。一般金刚石的沉积速率可达60nm/ h，沉积的金刚石膜的纯度较差。
图2-2
金刚石膜的制备
4、脉冲等离子体化学气相沉积法
图2-3为脉冲PCVD法装置示意图。 其沉积金刚石膜的原理是，当脉冲放 电产生等离子体时，使通入的碳氢化 合物分解，在等离子区中产生微晶状 的金刚石粒子，在停止放电时，使微 晶金刚石冷却、稳定。 脉冲PCVD沉积法的优点是沉积温度很 低。金刚石膜与基体的附着性好，膜 层均匀、光滑，膜层显微硬度较高， 缺点是金刚石膜的纯度不高。
图2-4
图2-5
金刚石膜的制备
同样，用射频也可获取极高温度的 等离子体，图2-6就是射频等离子体的 装置示意图。它的生长速率也可达180 um/h，而且膜层质量也好，生成的膜 也比较均匀。射频等离子体的缺点主 要是沉积工艺难以控制。另一个缺点 是射频等离子法沉积的金刚石膜面积 较小。 总体来看，上述三种等离子体射流 法，共同的优点是沉积速率高，缺点 是等离子体和衬底的温度的稳定性不 太好控制，设备相对也比较复杂，而 且由于沉积速率高，膜层的表面显得 粗糙。
金刚石膜的制备
图1-1是普通的化学气相沉积(CVD)示意装置。
金刚石膜的制备
2、热丝CVD(HFCVD)法
热丝法是成功制备金刚石膜最早 的方法之一。与其他方法相比， 具有设备简单，成膜过程易控等 优点；主要缺点是因靠热丝作热 源，热介效率低，一般只可在小 面积上成长金刚石膜，生长速率 为0.3-2um/h。 图1-2是被称为先进的热丝CVD(AHF CVD)装置示意图。用此装置可制 备出 Ф100㎜的均匀金刚石薄膜。 如果在热丝设备上再加以改进， 还可望制备出Ф200㎜的金刚石膜 。
金刚石膜的制备
(二)、等离子体化学气相沉积 (PCVD)法
等离子体化学气相沉积主要有 直流等离子体气相沉积(DC-PCVD )、射频等离子体化学气相沉积( Rf-PCVD)、微波等离子体化学气 相沉积(MV-PCVD)和等离子体射 流。 1、直流等离子体化学气相沉积(DCPCVD)法 图2-1是直流等离子体化学气相 沉积装置的示意图。 反应过程中，成长速率一般可达 0.3-2um/h，沉积的金刚石质量 较好。
图2-1
金刚石膜的制备
2、射频等离子体化学气相沉积 (Rf-PCVD)法 图2-1为13.56MHz的电源耦 合射频PCVD装置示意图。 射频等离子体化学气相沉积 的特点是可在半导体、导体 、绝缘体上镀制大面积的金 刚石膜。此法的生长速度很 慢，为0.1um/h。
图2-1
金刚石膜的制备
3、微波等离子体化学气相沉积(MW -PCVD)法
金刚石膜制备
一、金刚石的分类 天然金刚石
高压高 温法(HPHT)合成金刚石
金刚石
人造金刚石 低温低压沉积法合成金刚石膜
金刚石膜的制备
二、金刚石膜发展前景简述
近年来，合成金刚石薄膜已经成为世界科技先进国研究 开放最热门的新材料之一。金刚石薄膜之所以受到如此亲睐 ，是因为它有许多的优良特性： 12 10 — (1)具有 6 10 Ω·㎝的电阻率，可以作为半导体乃至 绝缘体材料，同时，介电常数低。(2)金刚石薄膜是与硅、 锗等半导体材料具有相同结构的一种晶体。因此，它被电子 工业界视为最有希望的新一代半导体芯片材料。(3)在常温 下，金刚石薄膜的导热速度很快，其热导率高达12W/(㎝·K )以上，几乎是纯铜的3倍。(4)透明度很高，可以透过从紫 外线到红外线的各种波长的光线，是探测器理想的窗口材料 。(5)导声速度快，可用作高保真扬声器振膜。(6)化学稳定 性极好，并且耐腐蚀，抗辐射，特别适用于军用和其他恶劣 的环境。
金刚石膜的制备
三、金刚石膜的制备
低压沉积法制备金刚石薄膜是以石墨相为稳态， 金刚石为非稳态的区域进行的。低压合成金刚石膜的 方法，主要有化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法 (PVD)、化学输运法(CVT)、热等离子体发几大类，简 述如下： (一)、化学气相沉积(CVD)法 化学气相沉积法(CVD)是在高温条件下使原料气体 分解，生成碳原子或甲基原子团等活性粒子，并在一 定工艺条件下，在基材(衬底)材料上沉积生长出金刚 石膜。 1、普通化学气相沉积法
金刚石膜的制备
5、等离子体射流Plasmajet)法
等离子体射流法分为直流等离子体射流法、 超音速直流等离子体喷射法和射频直流等离子 体法。 图2-4是直流等离子体射流装置的示意图。 此方法可获得很高的沉积速率，有报道达930u m/h的高沉积速率，这是其它方法所无法相比 的，但沉积面积受到一定的限制。在沉积边界 上有非晶碳生长，即存在边界效应。Cappelli 等人，为了克服存在的“边界效应”，设计了 如图2-5所示的超音速直流等离子体射流法。 其工作压强很低(p≤100pa)气流速率高(r≥10 4m/s)，等离子体的体积大，故可大面积沉积 金刚石膜，生长速率可达到10um/h，避免了“ 边界效应”。