调整金刚石层表面形貌来改善金刚石复合膜使用性能

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:kashiyo
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因具有优异的特性,金刚石复合膜在新型高功率电子器件和精密机械加工等高科技领域正不断被开发和利用。遗憾的是,金刚石层表面形貌不适使得金刚石复合膜使用性能不佳,难以满足工况要求。为改善金刚石复合膜使用性能,本文首先考察了氩气体积比对金刚石层表面形貌的影响,其后利用化学气相沉积技术和磁控溅射技术制备不同金刚石层表面形貌的Diamond/ZnO及Ti/Diamond复合膜,探讨了金刚石层表面形貌对金刚石复合膜使用性能的影响。主要结论有:(1)考察氩气体积比对金刚石层表面形貌的影响。利用化学气相沉积技术在硅基体表面沉积金刚石层,考察了四种氩气体积比(20%、40%、60%、80%)下金刚石层的表面形貌。随氩气体积比增大,金刚石层表面形貌由粒状形貌转变为类团聚体形貌,晶粒尺寸从1.38μm减小至0.12μm,晶粒呈(111)择优取向,表面粗糙度先降低后升高。Ar/(Ar+H2)为60%时,金刚石粒径为0.35μm,金刚石层表面粗糙度最低,为35.2 nm。(2)调整金刚石层表面形貌改善Diamond/ZnO复合膜使用性能。利用射频磁控溅射技术在四种形貌的金刚石层表面上沉积氧化锌层,探究了金刚石层表面形貌对氧化锌层形貌和择优取向的影响机理。(i)金刚石层表面粗糙度变化引起氧化锌形核和颗粒尺寸变化,进而引起氧化锌层形貌变化;(ii)金刚石层择优取向和粗糙度共同影响氧化锌层(002)择优取向度。金刚石层粒径为0.35μm时,Diamond/ZnO复合膜显示出最低表面粗糙度(6.4 nm)和ZnO(002)高择优取向度(2.89),有望满足Diamond/ZnO复合膜基表面波器件的使用性能要求。(3)调整金刚石层形貌改善Ti/Diamond复合膜使用性能。利用中频磁控溅射技术和化学气相沉积技术在FAX38型的钢片和冲针表面沉积Ti/Diamond复合膜。探究了金刚石层形貌对金刚石复合膜冲针使用性能的影响。Ar/(Ar+H2)为60%时,Ti/Diamond复合膜表现出致密、低的粗糙度(68.9 nm)以及的良好的膜基结合强度(25N)等特点,可满足Ti/Diamond复合膜冲针的使用性能要求。
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