發(fā)布時(shí)間：2017-11-30 07:07

  本文關(guān)鍵詞：DC-CVD法制備大面積超納米金剛石膜

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【摘要】：超納米金剛石(Ultra-nanocrystalline diamond,UNCD)是一種晶粒尺寸小于20nm的新型納米金剛石材料,具有極其光滑的表面、極低的表面摩擦系數(shù)、物理化學(xué)性能與微米金剛石接近等優(yōu)異性能,在機(jī)械加工、海洋動(dòng)密封,微機(jī)電系統(tǒng)、場(chǎng)發(fā)射、光學(xué)窗口、電化學(xué)、聲學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。采用直流輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積(Direct Current Glow Discharge Plasma Chemical Vapor Deposition,DC-CVD)裝置,以CH4/H2混合氣體為氣源,通過改變沉積參數(shù),如沉積溫度、甲烷濃度、摻入不同濃度的氬氣或氮?dú)獾?在Φ100 mm的(100)單面拋光單晶硅片上,沉積UNCD薄膜。利用掃描電子顯微鏡(SEM),原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射儀(XRD)、激光拉曼光譜儀(Raman)及透射電子顯微鏡(TEM)等測(cè)試設(shè)備對(duì)UNCD薄膜的表面形貌和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:提高甲烷濃度或者降低沉積溫度都能夠減小金剛石的晶粒尺寸。受DC-CVD設(shè)備限制,甲烷濃度最高只能提高到12.0%,沉積溫度最低只能降低到650℃。當(dāng)沉積溫度為650℃時(shí),金剛石平均晶粒尺寸約為100~200 nm;當(dāng)甲烷濃度為12.0%時(shí),金剛石膜的金剛石晶粒尺寸能夠降低至50nm。在CH4/H2混合氣源中摻入氬氣或氮?dú)?都能夠?qū)⒔饎偸Я３叽缂?xì)化至超納米量級(jí),但是過量氮?dú)饣驓鍤獾膿饺攵紩?huì)造成陰極積碳打火現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)摻氬濃度為25.0%或摻氮濃度為15.0%時(shí),金剛石晶粒尺寸都能夠細(xì)化至約為10~20 nm。另外,氬氣的摻入能夠降低硅基片中心區(qū)域與邊緣區(qū)域的溫度差,有利于大面積超納米金剛石膜的均勻沉積。在沉積溫度800℃,摻氬濃度為25.0%,氣壓4.0kPa條件下在Φ100mm的硅片上沉積UNCD薄膜,SEM、TEM照片顯示金剛石平均晶粒尺寸約為10~20 nm,沉積速率約為0.6μm/h。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ163;TB383.2

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