金剛石膜具有優(yōu)異的物理化學(xué)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(xué)、電學(xué)、生物學(xué)、機械領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,其制備工藝和功能化應(yīng)用已成為當(dāng)前材料科學(xué)研究的前沿?zé)狳c。然而,高質(zhì)量大尺寸金剛石膜是戰(zhàn)略產(chǎn)品,在制備技術(shù)和產(chǎn)品受國外壟斷的背景下,本文采用微波等離子體化學(xué)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(jié)構(gòu)、生長速率、晶體粒徑、表面質(zhì)量的調(diào)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(xué)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(yīng)腔體壓強和甲烷濃度對金剛石膜純度及生長速率的關(guān)聯(lián)規(guī)律,并采用響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)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(yīng)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(chǔ)上,開展了氧、氬輔助氣體調(diào)節(jié)金剛石膜的生長行為探索。...
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