等离子体稳定性对曲面金刚石膜生长的影响

采用直流等离子体喷射化学气相沉积(DCPJCVD)制备曲面金刚石膜,等离子体稳定性对金刚石膜生长十分重要。研究表明,曲面金刚石膜长时间生长,阳极积聚石墨碳点,等离子体流动受阻失稳,金刚石膜含较多杂质。通过对阳极除碳处理,可维持稳定的等离子体、稳定的电子温度Te、均匀的活性原子及原子基团密度。制备的金刚石膜经SEM、Raman等表征,发现曲面金刚石膜致密、晶粒均匀,仅发现金刚

李多生等:离子体稳定性对曲面金刚石膜生长的影响等

等离子体稳定性对曲面金刚石膜生长的影响 李多生周贤良左敦稳邹爱华,,, (.昌航空大学材料学院,西南昌 30 6; 1南江 3 0 3 2南京航空航天大学机电学院,苏南京 20 1 ) .江 1 0 6

摘要:采用直流等离子体喷射化学气相沉积 ( PC DC J VD)备曲面金刚石膜,离子体稳定性对金 制等

2实验 曲面金刚石膜沉积采用 L一0直流等离子体金刚 P3 石膜系统。有关技术参数见文献 D4。曲面金刚石膜 J是在 O6 mm高纯 Mo基体上进行生长的,,2通过对 Mo 基体进行微纳米金刚石粉研磨、声波清洗、子氢刻超原

刚石膜生长十分重要。研究表明,曲面金刚石膜长时间生长,阳极积聚石墨碳点,离子体流动受阻失稳,等 金刚石膜含较多杂质。通过对阳极除碳处理,维持可稳定的等离子体、定的电子温度 T、匀的活性原稳均 子及原子基团密度。制备的金刚石膜经 S EM、 ma Ra n

蚀等预处理,以提高曲面金刚石膜的形核生长。本文研究工艺参数:体温度 8 0 1 5℃;积室压力基 5~ OO沉 6 0 1 . k a混合气体流量 C为 0 1~ 0 4 L .~ 00 P; H . 5 .5/ a n H2为 5 0 8 0/ n Ar 4 0 7 0/ n生 ri, .~ . L mi,为 .~ . L mi;

等表征,现曲面金刚石膜致密、发晶粒均匀,发现金仅 刚石特征峰,备的曲面金刚石膜质量较高。制

关键词:曲面金刚石膜; VD;流等离子体;定性 C直稳 中图分类号: TG1 4 4 2 7 . 4文献标识码: A文章编号:0 19 3 (0 O 1 -8 90 1 0—7 1 2 1 ) 11 6—4

长时间为 4 0 3h .~ 0。采用 S EM、 a n等评价等离 R ma子体稳定性对曲面金刚石膜质量、晶粒择优取向生长、

1引言 化学气相沉积金刚石膜具有优异的热学、电学、光学、学等性能,机械、力在电子、光学及生物工程等领域具有广阔的应用前景口6。近年来,面金刚石膜因其 _ _曲具高热导性、带宽度宽、远

红外到紫外的高透波性禁从以及高硬度等特性,航空航天、防等领域,到极在国受

表面形貌、长缺陷、生内在质量影响。

3结果与讨论 3 1等离子体状态对曲面金刚石膜生长的实验研究 .曲面金刚石膜长时间 (3 h生长时,流等离子 0)直

体发生器的阳极环上一般会出现积碳现象。等离子体 状态过程如图 1。

大关注。美国、日本,洲等国家进行了大量的科学研欧究,并取得了重要的研究成果。如美国空军已成功地研制出应用于新型高马赫数导弹、机及卫星等 _]战 7曲 面金刚石膜。我国目前曲面金刚石膜的研究还处于起

步阶段,必要开展等离子体行为特征对曲面金刚石有 膜生长的影响研究。

采用 D PC C J VD沉积曲面金刚石膜,流弧光放直

电产生等离子体,源气体及 H。电离,碳被产生高密度原子氢、甲基等活性基团,成的等离子体高速喷射到形基体上生长金刚石膜。因此, C J VD金刚石具有 D PC速率快、率高、量好等优点[比微波、丝 C 效质 1,热 VD法制备金刚石膜的沉积速度约高 1 2数量级,高~个最可达 9 0l h,目前最高效的制备金刚石膜技 7/ m/口是术。D n— h ak等研究表明[,]金刚石膜生长 o gW aP r 11, 23 过程中等离子体工作状态是决定金刚石膜质量的重要影响因素之一,曲面金刚石膜生长的研究目前还未见报道,文对等离子体稳定性对曲面金刚石膜生长影本 响开展了一定的基础研究。 l )离子体弧( O ) b等 3 h

图 1等离子体弧状态 (现石墨碳点) 出 Fi a m a a c ( pp a i r ph t ) g 1 Pl s r a e rng g a ie

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基金项目:家自然科学基金资助项目( 0 0 0 2;西省教育厅科技资助项目( JO 1 8;昌航空大学博士点基金资助国 5653)江 G J9 8 )南 项目( EA2 0 0 1 8 0 9 16 )

收到初稿日期:0 00—3 2 1—20收到修改稿日期:0 00—4 2 1—91通讯作者:多生李作者简介:多生 (92 )男,徽淮南人,教授,士,李 1

7一,安副博主要从事无机功能材料及复合材料研究。

等离子体稳定性对曲面金刚石膜生长的影响

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