HFCVD金刚石薄膜/铜复合材料的生长工艺及结合性能研究

摘要

随着当代电子产品朝着速度更快、体积更小、功率更高的方向发展，提高基片材料的热导率越来越引人关注。人工合成金刚石的技术日趋成熟使得金刚石产品应用在电子工业上逐渐成为可能。本文采用热丝化学气相沉积(HFCVD)系统，以CH4和H2为反应气体，在铜上沉积了金刚石薄膜。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、维氏硬度计进行检测分析，研究了工艺参数对金刚石薄膜生长及过渡层膜/基结合性能的影响。得出结论如下：
　　 ⑴直接在铜上沉积金刚石形核率较小，采取金刚石颗粒/丙酮处理与加大表面粗糙度都能显著增加形核率。
　　 ⑵在热丝距离为8～12mm、甲烷浓度为1～3％、气体压强为2～3.5kPa、沉积时间为6h～10h，基体温度为800℃～700℃参数范围内沉积的金刚石薄膜质量最高，成分与形貌变化较小。而当热丝距离过大(14mm)或过小(7mm)，甲烷浓度过高(5％)，气体压强过大(4.5kPa)，沉积时间较短(2h)，过高(900℃)与过低(650℃)的温度条件下金刚石薄膜质量较差。
　　 ⑶在本文所选用的实验参数下，金刚石薄膜在铜上的结合力性能很差。Ti过渡层能有效地提高薄膜与基体的结合强度，而W、Nb过渡层上结合性能最差。Ti过渡层上非金刚石相较其它过渡层上都要多。Ni过渡层上金刚石颗粒尺寸远大于Nb过渡层、Ti过渡层与纯铜基体。