DC-CVD法制备大面积超纳米金刚石膜

发布时间：2017-11-30 07:07

  本文关键词：DC-CVD法制备大面积超纳米金刚石膜

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【摘要】：超纳米金刚石(Ultra-nanocrystalline diamond,UNCD)是一种晶粒尺寸小于20nm的新型纳米金刚石材料,具有极其光滑的表面、极低的表面摩擦系数、物理化学性能与微米金刚石接近等优异性能,在机械加工、海洋动密封,微机电系统、场发射、光学窗口、电化学、声学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。采用直流辉光放电等离子体化学气相沉积(Direct Current Glow Discharge Plasma Chemical Vapor Deposition,DC-CVD)装置,以CH4/H2混合气体为气源,通过改变沉积参数,如沉积温度、甲烷浓度、掺入不同浓度的氩气或氮气等,在Φ100 mm的(100)单面抛光单晶硅片上,沉积UNCD薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、激光拉曼光谱仪(Raman)及透射电子显微镜(TEM)等测试设备对UNCD薄膜的表面形貌和结构特性进行分析表征。实验结果表明:提高甲烷浓度或者降低沉积温度都能够减小金刚石的晶粒尺寸。受DC-CVD设备限制,甲烷浓度最高只能提高到12.0%,沉积温度最低只能降低到650℃。当沉积温度为650℃时,金刚石平均晶粒尺寸约为100~200 nm;当甲烷浓度为12.0%时,金刚石膜的金刚石晶粒尺寸能够降低至50nm。在CH4/H2混合气源中掺入氩气或氮气,都能够将金刚石晶粒尺寸细化至超纳米量级,但是过量氮气或氩气的掺入都会造成阴极积碳打火现象的发生。当掺氩浓度为25.0%或掺氮浓度为15.0%时,金刚石晶粒尺寸都能够细化至约为10~20 nm。另外,氩气的掺入能够降低硅基片中心区域与边缘区域的温度差,有利于大面积超纳米金刚石膜的均匀沉积。在沉积温度800℃,掺氩浓度为25.0%,气压4.0kPa条件下在Φ100mm的硅片上沉积UNCD薄膜,SEM、TEM照片显示金刚石平均晶粒尺寸约为10~20 nm,沉积速率约为0.6μm/h。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ163;TB383.2

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本文编号：1238448