热丝CVD大面积金刚石厚膜的制备研究

摘要

人造金刚石膜在生产中有着非常巨大的使用价值，不论在机械、热学、光学或半导体以及声学和现代军事等方面都能发挥其强劲的作用。
　　 热丝法CVD大面积金刚石厚膜是在CVD金刚石薄膜基础上发展的新型产品。因其生长效率高、作为刀具具有更佳的使用性能，具备更强的市场竞争力而受到广泛关注。
　　 本文应用热丝CVD法制备大面积金刚石厚膜，从设备的设计及改造，到工艺方法以及对金刚石厚膜的形成机理和对其质量的影响因素，进行了较系统的研究和探讨。
　　 1.在早期的金刚石薄膜小设备的基础上，扩大设备的体积，将原先的单根螺旋灯丝改造为大平面的平整灯丝栅；改进了底座，使之能在工作中旋转；将钨灯丝改为包钨钽丝，使灯丝的工作温度由原来的2300℃提高至实验所需的2600℃；并增加了脉冲等离子体，使氢分子离解为原子氢的速率大为增加；改进了气流系统，并对实验的完整工艺给出了严谨的流程。
　　 2.通过对金刚石膜生长速率和生长质量的研究与探讨，发现输入系统的气体的碳氢比在一定的灯丝温度下有一最佳值，如当灯丝温度为2200℃时，输入气体的碳氢比为4.8％；当灯丝温度为2600℃，输入气体的碳氢比为10.6％左右。
　　 3.在同一灯丝温度下，不同的衬底温度生产的金刚石膜的生长速率和生长质量明显不同。当衬底温度从850℃提高到950℃时，金刚石的生长速率和质量大大提高。但当衬底温度超过1050℃时，生长速率和质量将会急剧下降。
　　 4.在金刚石结构、碳原子间键能、基点能量和环境效应等方面理论研究的基础上，对氢原子在生长金刚石膜中的重要作用以及对金刚石生长的前期物质进行了比较深入的探讨。