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金剛石膜具有優(yōu)異的物理化學性能,如熱膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)低、禁帶寬度大、耐磨性優(yōu)良、紅外線透過率高、生物兼容性好,在光學、電學、生物學、機械領域具有廣泛的應用前景,其制備工藝和功能化應用已成為當前材料科學研究的前沿熱點。然而,高質量大尺寸金剛石膜是戰(zhàn)略產品,在制備技術和產品受國外壟斷的背景下,本文采用微波等離子體化學氣相沉積方法,以自主研制的MPCVD裝備為工具,通過優(yōu)化工藝條件,實現(xiàn)了對金剛石膜純度、晶相結構、生長速率、晶體粒徑、表面質量的調控,并探討了金剛石膜的生長機制和輔助氣體的協(xié)同作用機理。采用自主研發(fā)的3 kW/2450MHz型微波等離子體化學氣相沉積系統(tǒng),以單晶硅(100)為基體材料,分別研究了基體溫度、反應腔體壓強和甲烷濃度對金剛石膜純度及生長速率的關聯(lián)規(guī)律,并采用響應曲面優(yōu)化設計確定了金剛石膜的最優(yōu)工藝參數(shù)組合:基片溫度為837 ℃,甲烷/氫氣相對濃度為2%,反應腔體壓強為6.95kPa,在此條件下金剛石膜的生長速率為0.378 μm/h,金剛石相含量由84.7%提升至89.5%。在獲得CH4/H2體系最優(yōu)制備工藝的基礎上,開展了氧、氬輔助氣體調節(jié)金剛石膜的生長行為探索。...
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