金刚石具有热导率高(20W/cm·K)、介电系数小(5.5-5.7)、介电损耗低和热膨胀系数小(~10<'-6>/K)等优点,是目前电子器件、电路最理想的封装基片和构装基板.但是,天然金刚石面积非常小,且价格昂贵.用金刚石膜与氧化铝陶瓷复合制备高热导率和低介电系数的基片,是一种性能/价格比非常高的选择.该文分别采用MPCVD、HFCVD方法在氧化铝陶瓷基片上沉积金刚石膜.在沉积金刚石膜之前,首次使用对氧化铝衬底进行碳离子注入的方法来缓解薄膜与衬底间的应力.通过X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)、显微压痕及扫描电子显微镜(SEM)等手段对离子注入层中碳元素的分布及残余应力随注入条件的变化情况进行了研究.同时也对退火气氛、温度及时间对离子注入的影响进行了表征.研究表明,氮气等惰性气氛中1050℃高温退火30分钟有利于碳元素向表面的扩散聚集,使氧化铝中产生的压应力集中于衬底表面.以X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和Raman光谱表征了沉积金刚石薄膜的质量.通过对金刚石Raman散射峰的Guass拟合,得出了非定向多晶薄膜中平面双轴应力与Raman位移之间的定量关系,并分析了表面处理工艺和沉积条件对金刚石膜应力的影响.碳源浓度和沉积温度的改变会直接影响所得金刚石膜的质量,sp<'2>等非金刚石相在晶界处的聚集会使金刚石膜中的压应力加剧.衬底碳离子预注入可有效地降低金刚石膜中的应力,下降幅度在一定范围内与注入剂量成正比,最高可达32％.同时,注入过程中碳元素的表面钉扎作用也改善了金刚石膜与氧化铝衬底的附着特性.我们在此分析的基础上,成功地在氧化铝衬底上生长出了厚度超过100μm的金刚石厚膜,并用有限元模拟方法对所得结果进行了理论验证.采用电容法测量了金刚石膜/氧化铝复合材料的介电性质.沉积一层金刚石膜可以大大降低复合材料的介电系数(从9.72降低到7.82),且随着金刚石膜厚度的增加,复合材料介电系数的下降也越明显.碳离子预注入使薄膜与衬底的结合更牢固,从而降低了复合材料的介电损耗(≈10<'-3>).复合材料的横向热导率相对于单层氧化铝陶瓷有了明显的改善,且随着金刚石膜厚度的增加,复合材料的横向热导率是单调递增的.当金刚石薄膜厚度超过100μm时复合材料横向热导率上升至3.98W/cm·K.该文还结合MPCVD和HFCVD沉积工艺的特点,研究了改善工艺重复性、一致性的方法,并对氧化铝陶瓷上金刚石的成核过程进行了探讨.结果表明,在增加钨丝数量的同时保持钨丝与衬底距离为8mm,有利于HFCVD中温场的均匀性;在一定的范围内,适当降低MPCVD中的反应压强对金刚石的成核是有利的.