HFCVD法制刚石薄膜.ppt

* HFCVD法制备金刚石薄膜 胡衎 苏峰 王智文 胡巍巍 王仲涛 张彧 周傲 鞠江伟 内容 金刚石薄膜简介 HFCVD法制备金刚石薄膜 结构及性能分析 小结 * 简介 金刚石薄膜的许多优异性能是其它材料所无法比拟的，它具有天然金刚石般的硬度和弹性模量，极高的热导率，非常好的化学稳定性，以及优越的光学特性，在很宽的光波范围内透明，并具有很高的折射率，另外它的禁带宽度高，介电常数非常低。这些优良的特性使它被广泛用于工具涂层、半导体制造及光学窗口等领域。 * * 金刚石薄膜的合成方法 碳的平衡相图 * 各种化学气相沉积方法的比较 * * 优点 反应过程 * 反应气体 过饱和的 活性基团 热、光子 等离子 表面 反应 H 气化或溶解 金刚石 石墨 CH4/H2 H,CH3,CH2,C2H2 * 实验装置 衬底预处理： 划痕 研磨 结构及性能分析 * 金刚石薄膜的SEM图 金刚石薄膜的AFM图 * 金刚石薄膜的拉曼光谱 金刚石薄膜的XRD图谱 * 不同工艺参数下样品的透射光谱 ( a) 碳源浓度( b) 反应室压强( c) 衬底温度( d) 生长时间 沉积参数 数值 碳源浓度 2% 反应室压强/kPa 2.4 衬底温度/℃ 750 沉积时间/h 1 * 工件材料： 石墨 切削速度：15500r/min 进给量：2000mm/min 切削深度： 0.2mm 硬质合金铣刀在加工过程中的后刀面磨损 金刚石薄膜涂层铣刀在加工过程中的后刀面磨损 小结 采用AFM、激光拉曼光谱仪和XRD对金刚石膜表面形貌、成分和结构进行分析，表明HFCVD法制备的薄膜金刚石成分含量高，晶粒清晰均匀。 采用傅立叶红外光谱仪对金刚石膜红外透射率进行了测量,工艺参数为碳源浓度2% ，反应室压强2.4 kPa，衬底温度750 ℃，生长时间1h时样品红外透射率良好，在波数为2800～3500 cm-1时透射率超过60%； 在硬质合金铣刀表面沉积一层金刚石薄膜能够有效地增强其耐磨性。在加工石墨的试验中，经过88米的铣削后，金刚石薄膜涂层刀具的后刀面磨损宽度仍不到30μm，仅为未涂层硬质合金铣刀的一半左右。 * 参考文献 梁继然，常明，潘鹏，热丝CVD法制备金刚石膜[J],天津理工大学学报，2005,21(1):41-43; 任瑛，热丝化学气相沉积法制备纳米金刚石薄膜[D],大连：大连理工大学，2009，20-22； Sarangi S K，Chattopadhyay A，Chattopadhyay A K．” Effect of pretreatment methods and chamber pressure on morphology，quality and adhesion of HFCVD diamond coating On cemented carbide inserts”[J] ,Applied Surface Science，2008，254/13：3721 许春，左敦稳等，光学玻璃上HFCVD法沉积金刚石膜的实验研究[J]，硅酸盐通报，2010，29(6):1280-1283； 沈彬，孙方宏等，CVD金刚石薄膜涂层整体式刀具的制备与应用[J]，金刚石与磨料磨具工程，2011,2（1）：1~5； J. Liu, D. S. Grierson,” Preventing Nanoscale Wear of Atomic Force Microscopy Tips Through the Use of Monolithic Ultrananocrystalline Diamond Probes”, Small, 2010, 10(6):1140–1149. * * * 金刚石薄膜的硬度已基本达到天然金刚石的硬度，加之其低摩擦系数，因此金刚石薄膜是优异的切削刀具、磨具的涂镀材料和真空条件下需要的干摩擦材料。 金刚石禁带宽、载流子迁移率高、高热导、高的击穿电压，可在半导体器件制作600。C以下能正常工作的耐高温器件。工作温度高，可制作大功率晶体管和半导体温度计。金刚石薄膜由于电阻率高，可作为集成电路基片的绝缘层以及固体激光器的导热绝缘层。 就光学性能看，从紫外线到远红外线整个波段金刚石都具有高的透射率，是大功率红外线激光器和探测器的理想窗口材料，高透过率、高热导、优异的力学性能、发光特性和化学惰性，可作为光学上的最佳应用材料，诸如各种光学透镜的保护膜 * * 通常，如果要求高质量的膜且衬底面积又不大，则微波等离子体CVD法是一种较为合适的方法；若对膜的纯度要求不高且沉积面积大，要求的沉积速度比较快，则热丝CVD是一种可以选择的方法；若要求更高的生长速度，则可以选择直流等离子体喷射法。 * 低压化学气相沉积金刚石