热丝化学气相沉积法制备单晶金刚石的试验研究

热丝化学气相沉积法沉积区域可达12英寸(30.48 cm),其具备大批量生产单晶金刚石的潜力。采用尺寸为3 mm×3 mm×1 mm,(100)取向的单晶金刚石为基体,利用热丝化学气相沉积法以甲烷和氢气为前驱体,同时通入少量氮气进行同质外延生长。结果表明,在热丝温度为2200℃、碳源浓度为4%、腔体气压为4 kPa的条件下,单晶金刚石以3.41μm/h的速度生长,表面无多晶、破口、孔洞等缺陷;外延层X射线衍射光谱在(400)面处峰值的半高宽为0.11°,低于基体的半高宽0.16°,证明外延层具有较高的晶体质量;氮气的引入可以提升单晶金刚石的生长速度,同时降低外延层的晶体质量,较高的氮气浓度还会使得单晶金刚石的生长模式转为岛状生长。

等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石薄膜研究综述

类金刚石薄膜由于其独特的物理化学特性,使得该薄膜在光学、电学、机械、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)制备类金刚石是近几十年兴起的新的制备类金刚石薄膜的方法,因其对沉积温度要求低,对基底友好,同时还具有沉积速率快和无转移生长的优势,获得了越来越多的研究者关注。详细介绍了类金刚石薄膜优异的特性,阐述了在等离子化学气相沉积条件下,不同沉积条件对沉积类金刚石薄膜结构特性的影响。衬底的选择直接影响着沉积类金刚石薄膜的性能,不同的衬底直接决定着生成类金刚石结构中sp^(3)相的数量和质量;沉积参数是最为常见的控制条件,对沉积薄膜的总体效果影响也是最大的,改变沉积参数,沉积薄膜的表面将会变得更加光滑致密;常用的掺杂元素是硅和氮,掺杂元素的引入往往是为了降低沉积薄膜的内应力,提高与衬底间的结合力,延长使用寿命等;由于很难直接在金属上沉积类金刚石薄膜,所以常通过制备复合层来改善沉积效果。最后对类金刚石薄膜的发展以及今后研究方向进行了展望。

面向散热应用的碳化硅表面热丝化学气相沉积金刚石膜生长速率

金刚石具有极高的导热系数,在热管理中具有广阔的应用前景.基于热丝化学气相沉积法,采用多次沉积工艺在碳化硅表面制备了金刚石厚膜.采用扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对金刚石膜进行了表征,系统地研究了热丝功率、碳源浓度和反应压力等工艺参数对金刚石生长速率及质量的影响.研究结果表明,当热丝功率为1600 W、碳源浓度在形核阶段为18/300和生长阶段为14/300、反应压力为4 kPa时制备的金刚石膜质量最佳,此时金刚石膜生长速率约为1.4μm/h.

TiZrNbTaMo高熵合金表面化学气相沉积制备多晶金刚石膜

本文以亲碳元素组成的TiZrNbTaMo高熵合金作为基材,通过化学气相沉积的方法在其表面沉积金刚石膜。结果表明:金刚石能够在TiZrNbTaMo高熵合金表面快速形核,形核密度高达7.53×109cm^(-2),且在30 min内形成连续的金刚石膜;金刚石在TiZrNbTaMo高熵合金表面的形核密度及生长速率远高于在组成高熵合金的单质金属表面的形核密度及生长速率。这是由于在金刚石形核及生长初期,高熵合金表面能够快速形成混合碳化物层,阻碍碳原子向合金基材扩散,使其富集在碳化物层表面,促进金刚石的形核和生长。沉积金刚石后的Ti ZrNbTaMo高熵合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的抗腐蚀能力显著提升。本文结果为金属材料表面高效率沉积高形核密度的金刚石以及改善高熵合金表面硬度和耐腐蚀性能提供了新的思路和方法。

MPCVD法生长曲面多晶金刚石薄膜研究

金刚石振膜具有高保真、声传播速率快、弹性模量高、声阻尼特性好、优异的高频响应特性,是高保真扬声器高音单元喇叭膜的理想材料。目前微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法生长单晶金刚石以及平面多晶金刚石薄膜技术都较为成熟,实现了规模化生产,但是对于曲面多晶金刚石薄膜的研究鲜有报道。利用现有MPCVD设备生长曲面金刚石薄膜,由于等离子体火球在曲面周围分布不均匀,存在曲面膜厚度不均、内应力大、脱模困难等问题。文章根据曲面膜生长的要求,设计谐振腔尺寸及结构并利用有限元设计分析软件进行仿真分析,使等离子体火球均匀分布在曲面基底表面。并制作了相应的MPCVD设备进行曲面多晶金刚石薄膜的生长。最终获得厚度40μm、直径25.7mm、球面半径为25mm的多晶金刚石曲面膜。拉曼测试结果显示,薄膜为质量较好的多晶金刚石。

化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜的主要制备方法及应用

介绍了化学气相沉积金刚石薄膜的主要制备方法：热灯丝法、微波法、等离子体喷射法、火焰燃烧法。 Ｃ Ｖ Ｄ 金刚石膜的应用。

热丝化学气相沉积(HFCVD)制备金刚石薄膜涂层刀具

论述了化学气相沉积(hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)法制备金刚石薄膜刀具的原理、开发现状、存在的主要问题,重点介绍了热丝化学气相沉积法制备金刚石薄膜刀具的工艺方法及技术要点。

微波等离子体化学气相沉积法制备大尺寸单晶金刚石的研究进展

金刚石作为一种超宽禁带半导体,是下一代功率电子器件和光电子器件最有潜力的材料之一。然而,高品质、大面积(大于2英寸)单晶衬底的制备仍是金刚石器件产业应用亟待解决的问题。介绍了目前受到广泛关注的微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)获得大尺寸金刚石单晶衬底的技术方案,即单颗金刚石生长、拼接生长以及异质外延生长。综述了大尺寸单晶金刚石外延生长及其在电子器件领域应用的研究进展。总结了大尺寸单晶金刚石制备过程中面临的挑战并提出了潜在的解决方案。

铜上采用镍过渡层化学气相沉积金刚石薄膜的研究

采用镍过渡层研究了铜基片上金刚石薄膜的化学气相沉积．镍过渡层与铜基底间在高温退火条件下形成的铜镍共晶体明显地增强了金刚石薄膜与铜基片之间的结合力．用扫描电子显微镜和激光Ｒａｍａｎ谱研究了薄膜的形貌和质量；采用高温氢等离子体退火工艺在基片表面形成的铜镍碳氢共晶体上抑制了无定形碳和石墨的形成，有利于金刚石薄膜的生长．金刚石薄膜的均匀性受到共晶体的均匀性的影响．

直流射频等离子体增强化学气相沉积类金刚石碳薄膜的结构及摩擦学性能研究

利用直流射频等离子增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜.采用Raman光谱、红外光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜等研究了薄膜的微观结构和表面形貌,在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上考察了薄膜在不同载荷与滑动速度下的摩擦学性能.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜具有典型的类金刚石结构特征,薄膜均匀、致密,表面粗糙度小,硬度较高;薄膜与Si3N4陶瓷球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能;随着试验载荷与滑动速度的提高,薄膜的摩擦系数降低,耐磨寿命降低;薄膜的减摩抗磨性能同其在Si3N4陶瓷球偶件磨损表面形成的转移膜相关.

化学气相沉积金刚石薄膜刀具膜/基附着性能研究现状

CVD金刚石薄膜涂层刀具被认为是能最早实现CVD金刚石工业化应用的领域之一。目前,限制CVD金刚石薄膜涂层刀具产品大规模产业化应用的主要原因,是金刚石薄膜与硬质合金基底之间粘附性能较差。如何提高膜/基粘附性能,确保CVD金刚石薄膜涂层刀具优异性能的发挥、涂层刀具的使用寿命和加工性能,已成为材料科学工作者迫切需要解决的问题。介绍了影响CVD金刚石薄膜硬质合金刀具膜/基附着性能的主要因素、改善金刚石薄膜与硬质合金基体之间附着力的途径以及表征膜/基附着力的测试方法等方面的研究成果,并对提高低压气相金刚石薄膜硬质合金刀具膜/基附着性能的研究现状进行了分析。

微波等离子体化学气相沉积工艺对透明金刚石膜质量的影响

在自制的 2 4 50MHz/5kW不锈钢谐振腔型微波等离子体化学气相沉积装置中研究了基片预处理和工艺参数对微波等离子体化学气相沉积金刚石膜质量的影响 ,研究了提高成核密度和沉积速率的方法 ,用SEM ,XRD ,FTIR ,Raman和AFM分析了金刚石膜的质量 .结果表明 :用纳米金刚石粉研磨单晶硅基片 ,在沉积气压 6.0kPa,CH4 /H2 的体积流量比为 0 .75%时 ,可沉积出红外透光率达 68% ,表面粗糙度为 1 1 4 .1 0nm的透明金刚石膜 ,其透光率接近Ⅱa 天然金刚石 .

直流电弧等离子体喷射化学气相沉积高质量金刚石膜残余应力分布的拉曼谱分析(英文)

不同工艺条件下在钼衬底 (6 0mm)上用 10 0kW直流电弧等离子体喷射化学气相沉积设备进行金刚石膜的制备。金刚石膜用扫描电镜 (SEM)、拉曼谱 (激光激发波长为 4 88nm)和X射线衍射来表征。研究结果表明 ,在直流电弧等离子体喷射化学气相沉积金刚石膜的过程中 ,内应力大小从金刚石膜的中央到边缘是增加的 ,并且应力形式是压应力。这说明了在金刚石膜中存在明显的应力不均。甲烷浓度和衬底温度都影响金刚石膜中的内应力。随着甲烷浓度和衬底温度的提高 ,金刚石膜中的内应力呈增加的趋势。

化学气相沉积金刚石薄膜衬底的研究进展

讨论了化学气相沉积金刚石薄膜的各种衬底材料。气相合成金刚石衬底材料分为 3类 ,第一类是能和碳形成碳化物的衬底 ;第 2类是与碳不起反应 (不形成碳化物 )但能溶碳的衬底 ;第 3类是既不与碳反应又不溶碳的衬底。第一种一般与金刚石薄膜有比较好的粘合性 ,后两种虽然使金刚石成核容易 ,但衬底材料与金刚石薄膜结合性较差。

硅基籽晶上化学气相沉积金刚石薄膜及其场发射特性

通过控制电泳沉积(EPD)时间,在硅基片上沉积不同密度的金刚石籽晶。再用热丝化学气相沉积(HFCVD)设备,在硅基籽晶上合成多晶金刚石薄膜。薄膜中通常含有非金刚石相碳成分。用扫描电子显微镜(SEM)和Raman光谱对样品的表面形貌和成分进行了表征,测量了样品的场发射特性。比较并分析了样品的表面形貌和非金刚石成分上的差异对金刚石薄膜场发射特性的影响。

用等离子体增强化学气相沉积技术制备类金刚石碳薄膜的摩擦磨损性能研究

利用射频-直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积类金刚石碳薄膜,采用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行表征,采用纳米压痕仪测定薄膜的硬度,并用UMT型微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同试验条件下的摩擦磨损性能.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜表面光滑致密且硬度较高;在干摩擦条件下与GCr15钢球或Al2O3球配副时显示出良好的减摩抗磨性能,摩擦系数较低,耐磨寿命较长,而在水润滑条件下同Al2O3球配副时发生灾难性磨损.

电子增强化学气相沉积法制备金刚石膜

采用ＥＡＣＶＤ方法在Ｓｉ衬底上制备出生长速率高的优质金刚石膜，其生长速率最大可达７μｍ／ｈ，成膜范围φ４０ｍｍ，并对优质金刚石膜的生长特性进行了研究。

化学气相沉积金刚石薄膜的摩擦学性能研究进展

介绍了化学气相沉积金刚石薄膜的主要方法 ,着重讨论了金刚石薄膜的摩擦学性能研究 ,简要分析了化学气相沉积金刚石薄膜中存在的问题。

高钴硬质合金基底上化学气相沉积金刚石膜的研究

通过采用二步浸蚀法对硬质合金(WC—Co12％)刀具进行预处理,应用微波等离子化学气相沉积装置,在经二步浸蚀法预处理过的硬质合金上沉积出高质量和结合力强的金刚石涂层。研究了提高涂层附着力的基体预处理方法,用SEM、XRD、激光Raman光谱分析了涂层质量,用切削试验检测金刚石涂层与刀具基底的附着情况,结果表明二步浸蚀基体预处理方法能有效地降低基体表面金属钴的含量,消除沉积过程中Co的负面影响,从而提高金刚石涂层的附着力,使刀具使用寿命明显提高。