微波等离子体CVD法制备纳米金刚石薄膜的研究

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金刚石薄膜具有一系列的优异的物理化学性能,如高热导率、高硬度、良好的化学稳定性以及高载流子迁移率等。它已成为21世纪具有广阔的发展前景的新材料。纳米金刚石薄膜具有金刚石和纳米材料的双重特性,与普通微米金刚石薄膜相比有很大的优势。微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)制备出的薄膜纯度高、质量好,使它成为制备纳米金刚石薄膜的主要方法之一,受到各个领域的广泛关注。本文论述了使用新型多模谐振腔MPCVD装置沉积大面积纳米金刚石薄膜的研究。
　　新型多模谐振腔型MPCVD装置在运行时,两种模式的微波:TM01和TM02同时进入谐振腔后在基片上方区域叠加,出现远大于单模谐振腔的大体积强电磁场区域,激发反应气体形成稳定的、体积较大的等离子体球;此外,该装置能够实现大功率微波的馈入,最大微波输入功率达到10KW,可形成高密度的等离子体,这些条件为快速制备平均粒径小、表面粗糙度小的纳米金刚石膜提供了有利条件。
　　本文在对纳米金刚石薄膜的沉积机理的研究基础上,对基片温度,微波功率,沉积气压,碳源浓度等工艺参数进行系统的研究,在分析研究各工艺参数对纳米金刚石膜制备的影响的基础上,掌握了利用该多模谐振腔MPCVD装置沉积高平整度纳米金刚石膜的内在规律。通过实验发现:较低的沉积温度有利于纳米金刚石薄膜的二次形核,从而获得较小的金刚石晶粒;较高的微波功率和较低的沉积气压有利于获得体积更大的等离子体球,从而制备出表面均匀的纳米金刚石膜;较高的碳源浓度有利于提高沉积速率并获得较小的金刚石晶粒。
　　在掌握各种工艺参数对纳米金刚石膜的影响规律的基础上,对本装置上纳米金刚石薄膜沉积的工艺参数进行了优化,并在优化后的工艺参数下制备出了直径为100mm的大面积高平整度纳米金刚石薄膜,其平均晶粒尺寸为68.2nm,表面粗糙度为18.6nm,薄膜的生长速率为0.3μm/h。
　　通过上述的实验研究,掌握了使用新型多模谐振腔MPCVD装置上沉积大面积纳米金刚石薄膜的实验方法和沉积工艺,为高质量的大面积纳米金刚石薄膜的制备研究提供了很好的实验基础,且各工艺参数对沉积纳米金刚石薄膜的影响分析也为高平整度纳米金刚石薄膜的沉积提供了理论参考。本研究对高平整度的大面积纳米金刚石薄膜的制备及其应用研究具有一定的意义。

著录项

作者
江川;
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作者单位

武汉工程大学;

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授予单位武汉工程大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名汪建华;
年度 2012
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
金刚石薄膜; 微波等离子体CVD法; 沉积机理; MPCVD装置;

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