几种CVD制备金刚石薄膜的方法.
类金刚石薄膜 资料介绍
类金刚石膜技术基础一、类金刚石薄膜发展史：金刚石、类金刚石薄膜技术，是指利用各种光学薄膜制作技术制作接近天然金刚石和人造单晶金刚石特性（如在较宽光谱内均具有很高的光透过率－－在2～15μm（微米）范围光的吸收率低到1％；具有很高的硬度、良好的导热性、耐腐蚀性以及化学稳定性高－－1000℃（摄氏度）以上仍保持其化学稳定性等）的人造多晶金刚石薄膜、类金刚石薄膜（又称为硬碳膜、离子碳膜、或透明碳膜）的一种技术。
光学应用金刚石、类金刚石薄膜主要采用低压化学汽相沉积（CVD）技术制备。
低压CVD 技术包括热丝CVD法、等离子体CVD法、离子束蒸镀法、光/激光CVD法附加活性氢激光CVD 法等。
目前，CVD法制作金刚石薄膜已取得丰硕成果，但作为红外光学薄膜应用还需进一步解决金刚石薄膜对红外光学材料的粘着性和光散射的问题。
CVD法制作的金刚石薄膜与硅基片的粘着性是不错的，但是与其他材料（如锗、硫化锌等）基片的粘着性就甚差，或是根本就粘着不到一起去。
对于光散射的问题，则是要求如何更好地控制金刚石薄膜表面形态和晶粒结构。
理想的CVD法制造的红外光学应用的金刚石薄膜或许是一种单晶结构的膜，但是，目前使用CVD法还不能制造单晶结构的金刚石薄膜。
此外，大面积薄膜的制作、膜的光洁度等技术课题以及金刚石薄膜的制作成本问题，都有待于继续研究解决。
1.1金刚石、类金刚石薄膜研究进程自1963年在一次偶然的机会出现了不寻常的硬度和化学性能好的化学汽相沉积（CVD）碳形式的薄膜后,国外有不少研究单位开始研究金刚石薄膜的沉积工艺.1971年,艾森伯格（Aisenberg）和沙博（Chabot）等人,利用离子束蒸镀法,以石墨作薄膜材料,通过氩气弧光放电使石墨分解电离产生碳离子。
碳离子经磁场聚焦成束,在比较高的真空条件下,在低压沉积室内的室温下的基片上沉积出了硬碳膜。
这种硬碳膜具有近似于金刚石的一些特性－如透明度高、电阻抗大、硬度高等。
我国类金刚石薄膜主要制备技术及研究现状
我国类金刚石薄膜主要制备技术及研究现状摘要类金刚石薄膜具有优良的光学、机械和电特性在军事领域有广泛用途，类金刚石薄膜技术，是指利用各种光学薄膜制作技术制作接近天然金刚石和人造单晶金刚石特性（如在较宽光谱内均具有很高的光透过率在2～15μm（微米）范围光的吸收率低到1％；具有很高的硬度、良好的导热性、耐腐蚀性以及化学稳定性高(1000℃以上仍保持其化学稳定性等）的人造多晶金刚石薄膜、类金刚石薄膜（又称为硬碳膜、离子碳膜、或透明碳膜）的一种技术。
由于类金刚石结构、性能存在一些缺陷，所以对此作了研究。
本文着重对类金刚石薄膜制备技术进行阐述，同时论述了发展潜力。
由于类金刚石薄膜的优越性，所以我国要加大这方面发展。
关键词：类金刚石薄膜，化学气相沉积法，物理沉积法，金刚石The Main Preparation Techniques and Research Status of theDLC Film in ChinaABSTRACTDLC films with excellent optical, mechanical and electrical characteristics ha ve a wide range of applications in the military field. DLC thin film technology, refers to the use of a variety of optical thin film production technology made close to the natural diamond and synthetic single crystal diamond characteristics (such as with high light transmittance in the wide spectrum-in the range of 2~15μm (microns) low absorption of light to 1%; has high hardness and good thermal conductivity, corrosion resistance and high chemical stability -1000°C (degrees Celsius) above maintained its chemical stability, etc.), artificial polycrystalline diamond films DLC films (also known as the hard carbon film,ion carbon film ,or a transparent carbon film), a technology. DLC structure, the performance has some shortcomings,have been investigated. Focus on the DLC film preparation technique is described,and discusses the potential for development. Because of the superiority the DLC films, so china should step up development in this field.KEY WORDS: DLC film，preparation techniques，CVD目录前言 (1)第1章类金刚石薄膜概述 (2)1.1 类金刚石薄膜介绍 (2)1.1.1类金刚石薄膜发展介绍 (3)1.1.2类金刚石薄膜微观结构与其性质 (3)1.1.3类金刚石薄膜分类 (5)第2章类金刚石薄膜制备技术 (6)2.1 化学气相沉积法 (6)2.1.1 热丝CVD法 (6)2.1.2 等离子体CVD法 (7)2.1.3 离子束蒸镀法 (7)2.1.4 光、激光CVD法 (7)2.2 激光法制备DLC膜的发展趋势 (8)2.2.1 激光脉冲宽度由纳秒脉冲向超短脉冲发展 (9)2.2.2 沉积环境由真空向氢气氛或氧气氛发展 (10)2.2.3 薄膜成分由纯DLC膜向掺杂DLC膜发展 (11)2.2.4 激光源由单一激光向多束激光发展 (11)第3章类金刚石薄膜研究 (12)3.1 实验研究 (12)3.1.1 实验装置 (13)3.1.2 实验过程 (15)3.1.3 实验结论 (15)第4章类金刚石薄膜应用以及展望 (16)4.1 类金刚石薄膜应用 (16)4.2 类金刚石薄膜应用展望.................... 1错误！未定义书签。
改进CVD系统制备金刚石薄膜
第 １ ８卷 第 ２期
２０ ０ ２年 ６月
天
津
理
工
学
院
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报
Ｖ ｏ【 １ Ｏ． ． ８Ｎ ２
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＩ ＡＮＪ Ｎ Ｉ ＴＩ Ｉ ＮＳ ＴＵＴＥ ＥＣＨＮＯＬ ＯＦ Ｔ ＯＧ Ｙ
Ｊ ｎ． ０ ２ ｕ ２ ０
摘 要 ： 用一 台 常规 的 真 空 镀 膜 机 改 建 为 化 学 气 相 沉 积 （ ＣＶＤ） 系 统 ， 并 用 以 制 备 金 刚 石 薄
膜 ．采 用 Ｓ Ｍ 、ＸＲ Ｅ Ｄ、Ｒａ ｎ测 试 表 明 ，金 刚 石 薄 膜 质 量 较 好 ． ｍａ
关键 词 ：化 学 气 相 沉 积 （ ＶＤ） Ｃ ；金 刚 石 薄 膜 ；Ｒ ｍａ ａ ｎ光 谱 ；Ｘ 射 线 衍 射
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｅ ｃ ｌｖ ｐ ｒｄ ｐ ｓｔｏ （ ｙ ｗｏ ｄ ： ｈ ｍｉａ ａ ｏ ｅ ｏ ｉｉｎ ＣＶＤ） ｄａ ｎ ｉ ； ｒｍａ ； ｉｍｏ ｄ ｆｌ ｍ ａ ｎ； ＸＲＤ
化 学 气 相 沉 积 （ ｅ ｃ ｌＶａ ｏ ｐ ｓｔｏ Ｃｈ ｍｉａ ｐ ｒＤｅ ｏ ｉ ｎ， ｉ
真 空设 备 改 造 而 成 ．为 了掌 握 这 种 重 要 的 薄 膜 沉 积 技 术 ，把 一 台 常 规 的 真 空 镀 膜 机 （ 京 仪 器 厂 北
ＤＭ ～ ３ ０ 型 ） 改 建 为 Ｃ ０Ｂ ＶＤ 系 统 ，并 在 其 上 制
备 出 了金 刚 石 薄 膜 ． 选 择 金 刚 石 膜 作 为 Ｃ ＶＤ 系
统 的 制 膜 对 象 ，是 因 为 它 本 身 是 一 种 近 年 来 新 发 展 的 高 新 技 术 ，具 有 高 硬 度 、高 电 阻 率 、低 摩 擦 系数 、耐 高 温 、抗 化 学 腐 蚀 和 防 辐 射 等 优 异 的 物 理化学 性 质Ｌ ｌ 广 泛 用 于 机 械 、 电 子 、光 学 和 ．
cvd人造金刚石生产工艺流程
cvd人造金刚石生产工艺流程英文回答：CVD (Chemical Vapor Deposition) is a widely used method for the production of synthetic diamonds. This process involves the deposition of carbon atoms onto a substrate to form a diamond film. The CVD method offers several advantages over other diamond synthesis techniques, such as high purity, control over diamond quality, and the abilityto produce large and complex diamond shapes.The CVD process begins with a diamond seed or substrate, which acts as a template for the growth of the synthetic diamond. The substrate is placed in a reaction chamber, which is then filled with a mixture of gases. These gases typically include a carbon-containing gas, such as methane, and a hydrogen gas.Next, the reaction chamber is heated to a high temperature, typically around 800-1000 degrees Celsius.This temperature is necessary to activate the chemical reactions that will deposit carbon atoms onto the substrate. As the gases are heated, they break down and release carbon atoms.The carbon atoms then migrate to the surface of the substrate and arrange themselves in a diamond lattice structure. This process is facilitated by the presence of hydrogen gas, which acts as a carrier gas and helpstransport the carbon atoms to the substrate. The hydrogen gas also helps to remove any impurities that may be present during the diamond growth.The growth of the diamond film continues as long as the reaction conditions are maintained. This can take several hours or even days, depending on the desired thickness of the diamond film. During this time, the temperature, gasflow rates, and other parameters are carefully controlledto ensure the growth of high-quality diamonds.Once the desired thickness is achieved, the diamondfilm is cooled down and removed from the reaction chamber.It is then subjected to various post-growth treatments,such as polishing, cutting, and cleaning, to obtain thefinal synthetic diamond product.中文回答：CVD（化学气相沉积）是一种广泛应用于人造金刚石生产的方法。
CVD金刚石膜生长
CVD 金刚石膜生长物理系 09804001 齐霁【实验目的】了解低压化学气相沉积（CVD ）金刚石膜的基本原理与方法。
【实验原理】（一） 实验装置如下图所示（二） 化学气相沉积金刚石膜最关键处是要碳源和原子氢。
从相图可知，在气相沉积金刚石膜这个动态平衡中，非高压下金刚石是亚稳相，而石墨是稳定相。
只有在压力高于几万个大气压时，金刚石才变成稳定相，而石墨成为稳定相，在非高压下石墨生长速率远高于金刚石，从而抑制了金刚石的进一步生长。
Augus 等人的研究表明，原子氢对石墨的蚀刻率比对金刚石的高2－3个量级。
利用非平衡反应能够在非高温高压条件下生成金刚石的。
热丝法金刚石的气相沉积主要经历以下四个过程。
1．4CH -2H 混合物的活化，由热丝提供；2．活化的气体疏运到样品表面；3．在衬底上同时沉积含有2sp键和3sp 键的碳； 4．原子氢蚀刻共生的2sp 的碳。
原子氢在生长的过程中不仅对石墨起了蚀刻作用，而且很容易与其余的剩余气体反应，生成对沉积有用的气相基团。
金刚石晶体中碳原子成严格的四面体结构，表层碳原子将有一个轨道未成键。
在真空中，这些轨道互相重叠，形成与石墨相似的 键。
特别是（111）面上的碳原子六角型结构将发生重构。
变得更为类似石墨的层状结构。
通常金刚石将沿该面生长，于是金刚石不但有了很大的表面能，不利于上面成键各种物质；而且在化学气相成键金刚石薄膜过程中由于以生长的金刚石表面更接近于石墨结构，在上面将有利于石墨的生长，从而导致沉积失败。
而引入原子氢之后，由于C －H 键能大于C －C 键能，因而原子氢吸附在表面，当原子氢饱和了表面所有悬键之后，金刚石的结构在表面得以保持，减少了石墨生长和成核。
归纳起来，原子氢的作用有：1． 优先蚀刻石墨，造成有利于金刚石生长的动力学优势；2． H 吸附在金刚石表面使碳维持3sp 结构；3． 减少金刚石临界形核尺寸；4． 与气相中的碳氢化合物反应，并产生有利于金刚石生长的基团；5． 萃取吸附在金刚石表面的氢原子，产生局部活性位，而不致于引起表面重构，使碳氢基团能吸附上去，并形成金刚石结构。
我国类金刚石薄膜主要制备技术及研究现状
• 5.医疗设备和器具：手术刀片，手术剪， 心脏瓣膜，人工关节，血管支架。 • 6.内燃机工业：燃料喷射系统（气门挺杆， 柱塞，喷油嘴），动力传动系统（齿轮 轴 承 凸轮轴），活塞部件（活塞环，活塞 销），门扣锁，内饰。 • 7.娱乐健身：扬声器振膜，移动硬盘，光 盘，高尔夫球具，自行车部件，剃须刀片。 • 8.光学：红外增透膜，减反射膜，玻璃镀 膜，镜片镀膜，亚克力镀膜，保护膜。 • 9.装饰镀膜：手机外壳，高档手表，室内 外五金卫浴产品，饰品。 • 10.航空航天 ：飞机，导弹整流罩镀膜， 卫星，太阳能电池镀膜。
激光法制备DLC膜的发展趋势
• DLC膜的沉积方法可分为物理沉积法和 化学沉积法两大类。化学沉积法已十分成 熟，但由于化学法沉积的DLC膜必然含氢， 导致膜层化学稳定性、热稳定性、硬度、 附着力较差。此外，化学法均需要在高温 下(>400oC)沉积，对于不耐高温的材料(如 玻璃、硫化锌等)无法在上面镀DLC膜；对 于耐高温的材料，虽然化学法可以镀膜， 但由于DLC膜热膨胀系数很小，和衬底热膨 胀系数差异大，沉积完成后，膜内部会产 生较大的热应力，甚至导致薄膜起皮、剥 落。因此，世界各国近年来都在积极开展 可以制备无氢DLC膜的物理沉积法研究。
我国类金刚石薄膜主要制备技 术及研究现状
汇报人：王培东 指导老师：胡鹏飞
主要内容
一、类金刚石薄膜介绍 二、类金刚石薄膜制备技术 三、类金刚石薄膜应用 四、类金刚石薄膜应用展望
一、类金刚石薄膜介绍
• 类金刚石薄膜(DiamondLike Carbon)是金刚石 的sp3杂化和石墨sp2杂 化两种结合键作为骨架 构成的非晶态碳膜，简 单地讲，由纳米级的金 刚石和碳混合形成，金 刚石占20%-80%。由sp3 结合的金刚石和sp2结合 的石墨与H(氢)组成的三 元相图右图：
CVD金刚石刀具材料的制备、性质与应用
Ａｒ ｉｓｅｓ ｂ ｓｅＮｗ ａｖ
■ 叠 曩 ■ 团 嗣
传 统 的ＣＶＤ法 是 以 大 量 氢 气 为 主 要 反 应 气
体 ，同 时加 入 少 量 的碳 源 气 体 （ 于５ ，沉积 出 少 ％）
３３要解 决大面 积沉 积 过程 中厚 膜 内应力 大 、圆 片 ． 易开 裂 、热 丝 易 断裂 、生 长 不均 匀 、生 长速 率低 等 技术 难题 ，长 期 以来 一直 困扰 着制造 商 。 ３４Ｃ Ｄ金 刚石 厚膜 与硬质 合 金基体 之 间 的焊 接 强 ． Ｖ
Ｎｏｔｎ 司宣 称 ，其 牌 号 为Ｄｉｍａ ａ 的Ｃ ｒ 公 ｏ ａ Ｐ ｋ ＶＤ
３６干 切 削是 未来 切 削的主 要方 向。随 着切 削速 度 ． 的提 高 （２０ ０ｍ／ ｎ ９ ０ ｍｉ ），Ｃ ＶＤ厚膜 切 削刀具 会 成 为干 式高速 切 削某些新 材料 的首 选工 具 。 ］
１０ ２ ０ ｔ ％～ ０ ％ 源自 ０美 国ＮｏｔｎＦｌ 司推 出的牌 号 为Ｄｉｍａ ａ ｒ ｉ ｏ ｍ公 ａ Ｐｋ 的Ｃ Ｄ金 刚石 复 合片 ，也 是０３ Ｖ － ｍｍ或 ０５ｍｍ厚度 ． 的Ｃ ＶＤ金 刚石 层 焊 接 到硬 质 合 金 基底 上 ，刀 片 总 厚度 为 １ ．ｍｍ，可 根据 用户 需要 提供 各种 形状 。 ６
小 晶粒 尺 寸 。在 纳 米 金 刚石 生 长 中 ，Ｃ 是 重 要 的 ２ 参与 者与 决定 性 的成分 。 Ｊ
度 ，是 决 定Ｃ ＶＤ刀具 用 于 断续 切 削 这种 高 要 求机
械 加工 的关键 。
Ｃ ＶＤ金 刚 石 用 于 切 削有 两 种 形 式 ： 聚 晶质 Ｃ ＶＤ金 刚 石 薄膜 和 单 晶质 Ｃ 金 刚石 厚膜 ，可切 ＶＤ 割成 不 同形状 。单 晶 质Ｃ ＶＤ金 刚 石 切割 工 具 主要 用于 加 工 强 度 高而 质 量 轻 的结 构材 料 ，如 金 属基 体 复合 材 料（ ＭＭＣ ） ，存 在 的 问题是 不能制 成 形 Ｓ等
化学气相沉积法制备石墨烯,金刚石,富勒烯
CVD 制备石墨烯：1、采用方法的原理：以甲烷作为碳源，以铂作为生长基底。
通入H2将有缺陷的核刻蚀掉，降低石墨烯的密度。
由于石墨烯的生长和刻蚀过程是可逆的，所以经过生长刻蚀，再生长再刻蚀再生长（反复生长刻蚀生长）的方法制备出高产量，无缺陷的单晶石墨烯。
2、典型过程：将180um厚，10mm*20mm的铂箔首先用丙酮和酒精分别冲洗1h，然后放入熔融石英管中。
适应管中通入体积流为700摩尔每分的H2。
退火十分钟后将残留的碳和有机物移除。
生长从通入甲烷并维持一段时间后开始，在CVD生长后将甲烷的流速降低，其他参量保持不变来促使刻蚀石墨烯的过程发生。
在刻蚀了一段时间后，增加甲烷的流速使石墨烯生长。
随着生长刻蚀次数的增加逐渐减少甲烷的流速。
经过三轮的刻蚀生长，大约3mm的单晶石墨烯就生成了。
反应停止后将铂箔迅速从高温环境中取出，关火，在温度降到800度以下后停止通甲烷。
3、设备示意图Scheme depicting the G_rE_RG process. (a) CVD growth of graphene domains on a substrate. (b) Hydrogen etching to reduce domain density. (c) Regrowth of the etched graphene domains. (d) New nuclei appear on the substrate during regrowth. (e) Hydrogen etching to remove the new nuclei generated during regrowth. (f) Large-size single-crystal graphene domains obtained by the G_rE_RG method. (g) Schematic of the G_rE_RG process used for fabricating ∼3 mm single-crystal graphene domains, with the flow rates of CH4 and H2 used. The reaction temperature was 1060℃ during the whole process. The error bars show the size range of the single-crystal graphene domains obtained under the same conditions, and the blue dots in the middle of the error bars represent the average size of graphene domains.4、产物的形貌或性能用这种方法在铂衬底上制备出了大约3mm的单晶石墨烯，在常温常压下载流子迁移率达到了大约13 000 cm2 V-1 s-1。
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几种CVD制备金刚石薄膜的方法
1.热丝CVD法
此法又称为热解CVD法,Matsumoto等人采用热丝CVD法成功地生长出了金
刚石薄膜。该法是把基片(Si、Mo、石英玻璃片等放在石英玻璃管做成的反应室内,
把石英管内抽成真空后,把CH4和H2的混合气体输人到装在管中的钨丝附近(两种
气体的流量比为0.5%-5%。用直流稳压电源加热钨丝到约2000℃,反应室内温度为
700~900℃,基片温度为900℃左右,室内气体压力为1×103-1×105Pa。在这样的反应
条件下,CH4和H2混合气中的H2被热解,产生原子态氢,原子态氢与CH4反应生成
激发态的甲基,促进了碳化氢的热分解,促使金刚石SP3杂化C-C键的形成,使金刚石
在基片上沉积,获得立方金刚石多晶薄膜。沉积速率为8-10μm/h 我国的金曾孙等人
也用热丝CVD法生长出质量很好的金刚石薄膜。实验表明,基片温度和甲烷的浓度
是薄膜生长最为重要的参数,它们对金刚石薄膜的结构、晶形、膜的质量和生长速
率影响甚大。该法的特点是装置结构简单、操作方便、容易沉积出质量较好的金刚
石膜。
2.电子加速CVD法
此法是在用热丝CVD法沉积金刚石薄膜过程中,用热电子轰击基片表面,加速
金刚石在基片上沉积。与热丝CVD法不同的是,该法把电压正极接在用铝制成的基
片架上,经加热的钨丝发射电子,电子在电场作用下轰击阳极的基片。CH4和H2的
混合气体被输送到基片表面,由于热反应和热电子轰击的双重作用,使气体发生分解,
形成各种具有活性的碳氢基团,促使具有双键和三键的碳离解,加速金刚石的成核和
生长。基片可选用Si、SiC、Mo、WC、A12O3等材料。一般的工艺参数是:甲烷
为ψ(CH4=0.5%~2.0%;气体流速为5-50cm3/min;基片温度在500~750℃之间;钨丝温
度为2000℃;基片支架的电流密度为10mA/cm2,电压150V。用此法沉积出的金刚石
薄膜的性质与天然金刚石基本相同,晶形完整,生长速率一般为3~5μm/h。此法的特
点是通过电子轰击基片,从而加速了CH4和H2的分解,增加了基片表面上金刚石的
成核。不足之处是金刚石薄膜中夹杂有少量的无定形碳、石墨和氢。这可通过调节
工艺参数加以解决。
3.直流放电等离子体CVD法
等离子体CVD包括直流等离子体、高频等离子体和微波等离子体等3种。其
原理是把CH4和H2混合气体等离子化,分解成C、H2、H、C x H y基团,形成等离
子体。等离子体中依靠电子的适当浓度保持电中性。因此,电子的能量高于离子或
中性粒子,有各种状态的游离基发生,促使碳与基片接触,从而沉积出金刚石薄膜。由
于等离子体化学反应过程很复杂,反应的机理目前还不十分清楚。
Suzuki等人用直流等离子体装置,进行了沉积实验,取得了较好的结果。他们以
CH4和
H2为气源,CH4浓度为ψ(CH4=0.3%一4.0%(体积分数,混合气体以20mL/min
通人反应室,反应室的压力保持在2.67×104Pa,安装基片的阳极位于阴极上方20mm
处,在1kV的电压和4 A/cm2电流密度下进行直流放电。由于电子轰击,基片温度可
达800℃,此时基片上便有金刚石析出。其中基片温度可通过冷却水的流速来调节,
用该法生长出的金刚石结晶形态好,薄膜的生长速率高达2Oμm/h。该方法的特点是
设备相对简单,放电区域大,可做出较大面积且均匀的金刚石薄膜。
4.直流等离子体喷射CVD法
根据低压下生长金刚石的机理,如果氢原子、甲基原子团和其它活性原子团的
密度很高,则金刚石的生长速度较高。热等离子体使气体分解,产生高密度的原子团,
但是,若等离子体的温度太高(超过5000℃,就难以直接应用。Kurihara等人利用淬灭
热等离子体,产生非平衡态结构的等离子体,从而能在低温下获得高密度的原子团。
喷射热等离子体能形成非平衡结构的等离子体.形成的等离子体流射向高速水冷的
基片而淬灭,构成金刚石生长的环境。
该法常用的装置中,等离子体管是由石墨(或钨制成的圆柱形阳极和阴极构成,阳
极喷嘴直径一般为2mm,阳极与阴极之问的距离约为1mm,甲烷和氢气的混合气体
通人两极之间。通过直流放电在管的喷嘴周围产生等离子体,用铜做的基片座焊接
在水冷的同轴不锈钢管上。等离子体管喷嘴和基片的距离可用不锈钢管的支架来调
节。一般的合成条件是: Ar的流速为0—20L/min,H2的流速为5~20L/min,CH4的流
速为10~200L/min;反应室的压力为1.3×104-5.3×104Pa;放电电流为1O~2OA,电压为
60~90V;基片与喷嘴之间的距离为5—50mm;在基片温度为800~1500K时,在基片上
可生长出结晶形态很好的金刚石多晶薄膜。
该法以非常高的冷却速率(106K/s量级使等离子体淬灭,产生非平衡态等离子体,
从而使生长速度达到930μm/h,是目前所有合成方法中生长速度最快的一种方法,为
快速生长金刚石薄膜提供了一种行之有效的方祛。其缺点是沉积面积相对较小,对
等离子体发生器的稳定性要求高,如果能进一步加大反应器的容积,使用大面积的基
片,达到快速生长出大面积的金刚石多晶膜,将会加快金刚石薄膜的商品化进程。
5.微波等离子体CVD法
以CH4一H2的混合气体为原料,利用微波辉光放电,可在非金刚石材料的基片
上制备出金刚石薄膜,以一定直径的石英玻璃管为沉积室,通过渡导管与微波发生器
相接,微波通过波导管输入反应室内,使CH4一H2气体在反应室内产生辉光放电,从
而在基片上沉积出金刚石工作条件是:压力为4.6×103Pa,气体流量为10~200mL/min,
基片温度为600~ 1000℃,微波频率为2.45GHz,微波功率为300—700W,CH4的浓度
为0.5%~5.0%(体积分数,最大沉积速度达10μm/h,在实验中通过附加偏压的方法可
以在很大程度上提高薄膜沉积的速率。工作条件与微波功率和基片材料有关,基片
的表面处理对获取质量优异的金刚石薄膜是很重要的,微波等离子体CVD法的特点
是:单位体积中的电子密度高,产生的原子态H的浓度大,而且能在较高的压力下产生
稳定的等离子体,因此生长的金刚石薄膜质量很好。目前采用该法沉积的金刚石薄
膜的尺寸可达Φ4O~Φ60mm,该法的不足之处是生长速度较低,难以扩大实验装置,不
容易生长出尺寸更大的金刚石薄膜。