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制备金刚石薄膜的技术是获得金刚石薄膜的高密度形核和高质量金刚石薄膜的关键因素,而改善金刚石薄膜与基体的结合力在金刚石涂层刀具、光学组件等工业应用中都有着重要的现实意义。 本文研究结果包括以下几个方面: 一、改进了热丝化学气相沉积金刚石薄膜的方法 围绕金刚石膜的形核与生长,在自制的热丝化学气相设备中系统地研究了偏压、甲烷浓度、碳源对金刚石薄膜的形核密度、生长速率和表面形貌的影响,运用原子力显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射谱对金刚石薄膜进行了分析,得到了以下结论: (1)衬底正偏压对金刚石的形核有重要影响。在对衬底施加合适的正偏压情况下,会在基体表面产生电子鞘层,增强金刚石的形核密度,运用电子鞘层理论对此进行了解释,并建立了直流等离子体—热丝化学气相沉积金刚石薄膜的方法。 (2)在甲烷浓度(CH4/H2)为1%~4%的范围内,金刚石薄膜的形核速率和沉积速率随着甲烷的浓度增大而增大。 (3)与甲烷作为沉积金刚石薄膜的碳源相比,用乙醇作碳源所得到的金刚石薄膜的沉积速率明显提高,并且均匀性更好。 (4)根据对从金刚石薄膜形核到连续成膜的一系列观察,金刚石薄膜的生长过程属于岛状生长模式。 二、采用偏压HFCVD制备了金刚石/碳化钛复合膜 利用甲烷和氢气为反应气体,钛酸异丙酯作为钛源(用氢气作为载气把钛源带入反应室),在偏压热丝CVD设备中制备金刚石/碳化钛复合膜的实验。研究了载气流量、基体温度以及偏压对金刚石复合膜的影响,运用扫描电子显微镜、X-射线衍射和能量扩散电子谱分析了实验样品,结果表明: