金刚石薄膜的制备及其性能研究概述

金刚石薄膜是工业界继高温超导材料之后的又一研究热点，近年来的研究工作已经取得了重大进展。文章对国内外学者在金刚石薄膜的制备、特性、生长机理以及摩擦特性等方面的研究进行了综合论述，以推动国内外金刚石薄膜基础研究和应用的发展，并提出要重视金刚石薄膜在摩擦学领域中的应用研究，使之为人类社会带来巨大的经济效益。     

类金刚石薄膜和金刚石薄膜的制备

本文介绍了类金刚石薄膜和金刚石薄膜的制备原理和4种方法,同时指出了它们的应用前景。     

单源低能离子束辅助沉积类金刚石薄膜摩擦性能研究

采用单源低能离子束辅助沉积的方法，制备了非晶碳薄膜，分别用喇曼光谱，俄歇电子能谱了薄膜的结构，薄膜为无定形的类金刚石薄膜，薄膜中石墨键（ＳＰ＾２）所占的比重较大，沉积时随着离子束能量及束流的增加，薄膜的显微硬度，摩擦系数，摩擦寿命均增加，类金刚石薄膜具有较好的摩擦性能。     

人造金刚石薄膜的合成及其应用

本文对人造金刚石薄膜的五种典型合成方法进行了比较,并对其应用范围、发展现状和前景做了较详细地阐述。     

低粗糙度金刚石薄膜的制备及其光学性能的表征

采用热丝化学气相沉积（HFCVD）方法,在反应气压、衬底温度一定的情况下,通过改变碳源浓度以制备低粗糙度金刚石薄膜.扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）测试结果表明,随着碳源浓度适当增加（从2％增加到3％）,金刚石薄膜表面晶粒尺寸减小到纳米量级,平均粗糙度从45 nm降低到21 nm,同时光学透过率下降.椭圆偏振光谱拟合结果显示,随着碳源浓度的增加,薄膜折射率n稍有偏离理想值.拉曼散射光谱显示随着碳源浓度的增加,薄膜中非金刚石相含量增加,一定程度上影响了薄膜的光学质量.结果表明,在表面粗糙度相差不大的情况下,薄膜的质量决定了其光学性质.     

金刚石薄膜的制备、表征和场发射性能

系统研究了在微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)系统中,甲烷浓度、沉积气压、气体流量比、衬底的预处理等参数工艺对金刚石薄膜质量的影响,不同样品的扫描电镜(SEM)图片表明上述参数工艺对金刚石薄膜的微观形貌如:晶粒尺寸、均匀性、膜的连续性、致密性等具有重要影响.金刚石薄膜样品尖锐的1332cm-1Raman峰表明金刚石膜具有很高的晶化质量,与SEM图片一致.最后研究了样品的场发射特性,获得了较低的发射阈值电压4.4V/μm,电压为650V时,得到较高的约128mA/cm2的发射电流密度.     

金刚石聚晶薄膜制备及其电子场的发射性能

微波等离子体化学气相沉积是制备微/纳米结构的方法之一,使用该方法在陶瓷衬底上制备微米金刚石聚晶材料薄膜。利用扫描电子显微镜表征了材料的表面形貌,单元尺寸一致,分布均匀。使用X射线衍射和拉曼光谱分析了薄膜的结构,测试了薄膜材料的电子场发射性能。数据表明:制备的薄膜材料开启电场为1.25V/μm,在2.55V/μm的电场下,其电子场发射电流密度达到6.3mA/cm2。     

直流电弧等离子体喷射法制备金刚石薄膜

设计了一种以较高速度合成金刚石薄膜的装置。这种装置是在阴极和阳极间用甲烷氢气及氩气产生高密度等离子体射流。等离子体射流以高速度喷射于被冷却的基底上,从而形成金刚石薄膜。     

快速生长金刚石薄膜的装置及其工作性能

本文设计了用直流电弧等离子体喷射法快速生长金刚石薄膜的装置,并对其工作性能进行了研究。     

金刚石薄膜热沉制备的研究

1967年Dyment等人利用Ⅱα型天然金刚石制备出了用于GaAs半导体激光二极管散热用的金刚石热沉,并用该热沉首次实现了这一激光二极管的室温连续工作。但是由于受到制备成本的限制,利用天然及高压合成金刚石制备的热沉一直没有得到推广应用。 本文用灯丝热解CVD方法,合成了厚度为100μm的金刚石多晶薄膜,通过真空蒸发     

反应磁控溅射法制备的氟化类金刚石薄膜摩擦特性的研究

以高纯石墨做靶、CHF3/Ar为源气体采用磁控溅射法在不同射频功率条件下制备了氟化类金刚石(F-DLC)薄膜.利用原子力显微镜、纳米压痕、拉曼光谱、红外光谱和摩擦磨损测试仪对薄膜的表面形貌、硬度、键态结构以及摩擦学性能作了具体分析.测试结果表明,制备的薄膜整体较均匀致密,表现出了良好的抗磨减摩性能.当射频功率为120W时,薄膜的摩擦因数低至0.41左右.AFM和纳米压痕显示,薄膜摩擦因数受表面粗糙度和硬度影响,但并非成单调对应关系.拉曼和红外透射光谱表明,随着功率的增加,薄膜中的芳香环比例增加,sp3杂化含量减小,结果显示,CF2反振动强度的减弱和C—C链中较少量H原子的键入都可能得到相对较低的薄膜摩擦因数.     

低温沉积金刚石薄膜的红外光学性能

采用微波等离子体ＣＶＤ两段式低温沉技术，在７００－４００℃温度范围嵴沉积外增透性良好的金刚石薄膜，结果发现，采用高甲烷浓度可以实现较低沉积温度下的高密度形核，获得光学平整的金刚石薄膜。     

金刚石薄膜自支撑窗口试样的制备与实验研究

以氢气和丙酮为原料，采用电子增强热丝CVD法，在硅片(100)基底上涂覆一层金刚石薄膜，在传统的硅平面加工工艺的基础上发展了一种新的在沉积好的基片上制备自支撑窗口试样的方法，并采用光刻法和湿式各向异性刻蚀技术制备得到金刚石薄膜自支撑窗口试样．研究表明，所制备的金刚石薄膜自支撑窗口的形状比较规则，膜内残留内应力小，能很好地满足鼓泡实验的要求，可以用来定量检测金刚石薄膜膜基界面结合强度和综合评价薄膜力学性能，对于促进金刚石薄膜材料在半导体器件中的应用和推广具有积极的意义．     

直流电弧等离子体喷射法制备金刚石薄膜

金刚石是一种性能非常优异的功能材料。近年来在低压下由气相沉积合成金刚石薄膜的研究引起了很多国家和科学技术工作者的兴趣。 我们设计的低压直流电弧等离子体喷射装置制备出的金刚石薄膜有较高的沉积速度,结构良好。     

金刚石烧结体及其薄膜复合体的合成工艺

本文介绍了目前机械加工工业中常用的金刚石烧结体和金刚石薄膜材料存在的缺陷，研究金刚石烧结体与金刚石薄膜复合体新型金刚石复合材料的意义和原理；     

合成金刚石薄膜生长工艺的研究

采用一种快速生长金刚石薄膜的直流等离子体弧焰合成法，进行生长金刚石薄膜的实验。讨论了生长金刚石薄膜时各种工艺条件对成膜形态的影响。ＳＥＭ照片与拉曼光谱分析表明，在工艺条件合适时，可快速生长金刚石薄膜。     

金刚石纳米粉引晶方法制备金刚石薄膜方法

利用金刚石纳米粉引晶法和常规研磨方法分别在单晶硅衬底上制备金刚石薄膜,并采用扫描电镜、激光拉曼方法对所制备样品进行表征,通过SEM和拉曼谱分析,与研磨法生长金刚石薄膜相比,利用金刚石纳米粉引晶方法可以大大提高金刚石薄膜的成核速度,生长速率达到2μm/h以上。对相同碳源浓度下生长的金刚石薄膜样品的SEM和拉曼谱分析,采用引晶法生长的金刚石薄膜质量明显高于研磨法。