金刚石薄膜的制备及其平坦化研究

摘要

金刚石薄膜具有一系列优异性能，使其在多种领域得到广泛的应用，但是常规CVD金刚石薄膜晶粒度较大，呈柱状生长，表面较粗糙，同时高硬度表面也给后续抛光处理带来很大困难，限制金刚石薄膜的推广应用。因此，改善常规金刚石薄膜的表面粗糙度和后续抛光技术成为了新的研究热点。
　　 本文通过制备工艺和后期对薄膜表面微修饰改善表面形貌，首先采用微波等离子体CVD法制备出金刚石薄膜，然后用高密度等离子体刻蚀设备对金刚石薄膜的表面进行了微刻蚀处理，最后通过AFM显微镜和Raman光谱对金刚石特性进行了表征，主要研究内容如下：
　　 碳源浓度、微波功率以及沉积时间是影响金刚石膜生长的主要因素。①随着甲烷浓度的提高，金刚石膜的生长速率提高，但同时金刚石膜的质量却在下降。甲烷浓度为7.5％时制备出的金刚石膜质量较好、生长速率较快，是制备高品质金刚石膜的合适条件。②在较高微波功率4000W下所制备的薄膜的质量较好且稳定，生长速率高。③沉积时间长短对薄膜质量并没有太大影响，但会影响表面形貌。④多阶段式复合沉积方法可以更多方面调整工艺，实现多层连续生长，在制备较厚且表面粗糙度低和sp3含量高方面结果较为理想。
　　 由高密度氧等离子体刻蚀金刚石膜得实验研究得出的结论：①当刻蚀功率较高时，可同时刻蚀sp2和sp3键，而且刻蚀sp2的速率强于sp3。此时刻蚀产物覆盖较少，体现出高sp3含量。②刻蚀之后的表面趋于平坦，表面粗糙度降低，薄膜质量有所提高。③sp3键部分转化为sp2键，表面成分的改变使金刚石薄膜表面硬度降低，有利于进一步的抛光。④相比氩气的物理溅射作用，氧的化学反应在刻蚀金刚石薄膜中起到更重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 金刚石结构、性质及应用

1.1.1 金刚石结构

1.1.2 金刚石薄膜的主要性质

1.1.3 金刚石薄膜的应用

1.2 金刚石薄膜的制备发展

1.2.1 人工合成金刚石薄膜的发展历程

1.2.2 金刚石薄膜的沉积方法

1.3 金刚石薄膜表面处理的国内外现状及存在问题

1.3.1 金刚石薄膜表面处理的国内外现状

1.3.2 金刚石薄膜表面处理存在的问题

1.4 本文的选题意义和主要内容

第二章 实验部分

2.1 MPCVD制备金刚石薄膜

2.1.1 MPCVD制备金刚石薄膜系统

2.1.2 MPCVD沉积金刚石薄膜实验流程

2.2 金刚石薄膜刻蚀技术

2.2.1 等离子体刻蚀金刚石薄膜的机理

2.2.2 ICP等离子体刻蚀金刚石薄膜的系统

2.2.3 等离子体刻蚀金刚石薄膜的工艺

2.3 实验结果的表征方法

第三章 MPCVD制备金刚石薄膜的工艺研究

3.1 薄膜制备工艺研究

3.1.1 碳源浓度对金刚石薄膜的影响

3.1.2 微波功率和工作压强对金刚石薄膜的影响

3.1.3 沉积时间对金刚石薄膜的影响

3.2 分步沉积薄膜工艺研究

3.2.1 变功率条件下对金刚石薄膜的影响

3.2.2 变反应气体比例对金刚石薄膜的影响

3.3 本章小结

第四章 金刚石薄膜的表面处理

4.1 刻蚀功率对ICP氧等离子体刻蚀金刚石薄膜的影响

4.1.1 刻蚀功率对金刚石薄膜刻蚀速率的影响

4.1.2 刻蚀功率对薄膜表面形貌的影响

4.1.3 刻蚀功率对金刚石薄膜表面成分的影响

4.2 氧气流量对刻蚀工艺的影响

4.3 O2/Ar对刻蚀金刚石薄膜的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明