【精品】毕业论文正文

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1、第一章前言化学气相沉积法（CVD=ChemicalVaporDeposition）合成金刚石"⑵是指在低压条件（WlOOkPa）下，采用一定方法激活含碳气体，使其中的碳原了在基底（种晶）上过饱和沉积、生长成金刚石。碳源气体被激活和碳原子的沉积过程伴随着一系列化学反应，因此这种合成金刚石的方法被称为化学气和沉积法。要实现金刚石的化学气相沉积有几个必要条件：1）有碳源气体和激活碳源气体的能量，将碳原子从碳源气体中“剥离”出来；2）有供CVD金刚石主长的物理空间，即基底，或称种晶，根据实验目的的不同可选川不同的基底，常用作基底的材料有硅、餌、钳、等，但冃前CVD法合成单晶金刚石必须采用金刚石作种晶，

2、才能实现单晶CVD金刚石的同质外延生长；3）有供化学气相沉积反应发生的生长室，且有配套设施提供生长所需的低压环境；4）有氢气，碳原子的激活和沉积，以及CVD金刚石的生长必须要在高浓度的氢气中进行。依照激活反应气体的能量和方法的不同，化学气札I沉积法可分为热丝法和等离了体法两大类，其中等离了体法乂根据激活等离了体的能量不同分为微波等离了体化学气相沉积法等四大类。热丝法化学气相沉积热丝法j电子辅助热丝法化学气相沉积化学气相沉积法厂微波等离子体化学气相沉积射频等离子体化学气相沉积等离子体法Y直流放电等离子体化学气相沉积I热等等离子体化学气相沉积微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）是目前最广泛使川的

3、CVD技术，与热丝法等其他几种技术相比，微波等离子体法反应条件稳定，生长晶体质量高，设备简单，成本合理。n前国外已冇数十家科研机构能够以极高的速率（200刚h1以上）生长优质CVD厚单品金刚石,高温高压处理后的CVD金刚石单品具有极高的断裂韧性和硬度，不仅仅是作为宝石，其力学性能，化学，光学和电子特性可以在人最领域得到广泛应用。在未来的十年内，高速生长合成出的化学气相沉积（CVD）单晶金刚石将引领一场超硬材料领域的革命。§1.1起源1952年美国联邦碳化硅公司的WilliamEversole⑶在低压条件下用含碳气体成功地同质外延牛长出金刚石。但牛长速度很慢，这一技术并不被看好。1982年，日本

4、国家无机材料研究所⑷（NIRIM）研发出微波等离子体法、高频等离子法、电呱喷射吹管法，热丝法各种化学气相沉积技术合成多晶金刚石薄膜，将其生长率提高到10Pmh1,CVD法合成金刚石开始受到关注，全球多家科研机构开始对其进行研究。§1.2MPCVD技术的发展历史及现状微波等离子体化学气相沉积包括一系列气相和表而化学反应，以及反应产物一金刚石在基底表而的沉积。金刚石沉积过程包含成核和生长过程。有许多碳源气体可以使用，甲烷是最常使用的-种。1981年，Spitsyn等⑸发现，添加氢原了可以使金刚石种晶生氏面的化学气相沉积热力学过程稳定，促进金刚石增长，并刻蚀非金刚石相的碳，生长率为1师图1.1MPC

5、VD法合成多晶体金刚石SEM图像图1.2CVD合成单晶体金刚石⑹（刻面型,无色透明,台面为黄色HTHP合成金刚石,腰部和亭部为CVD单晶生长层，厚1.95nim）生长过程缓慢（0.1-10问『）会导致成本过高⑶，不能实现单品化学气相沉积金刚石的大规模工业生产。20世纪80年代末⑺，CVD法生长单晶颗粒、多晶薄膜，和外延牛长薄膜的技术得到发展，但大多数厚聚晶金刚石膜（大于10Mm）不透切，质量不佳。同时期，戴比尔斯公司的工业金刚石部⑻（元素六一ElomentSix公司前身）开始从事CVD法合成金刚石的研究，合成出大量CVD多晶质金刚石工业产品，迅速在这个领域取得领先地位。一般來说，基底温度，等离

6、子体密度，以及基底材料対金刚石品体的结品度起着决定作用，单晶金刚石沉积需要使用单晶金刚石作为基底。1991年，Snail等⑼使川犬然金刚石作为种晶，在1150-1500C范围内成功同质外延生长出CVD单晶金刚石膜，纶长率高达100-200刚hl但在温度和生长过程控制上还冇相当大的困难，合成的晶体只冇0.1-lmm厚。由于天然金刚石种晶成木较高，加之高温高压合成金刚石技术的快速发展，更多人倾向于使用高温高压合成lb型金刚石为种品。金刚石种品迪八⑵通常是切成薄板状，其顶、底面大致平行于金刚石的立方体面（100）方向，晶面误差角2-5°,大小2X2X0.5mm3至10XlOXlmm3,要求生氏面精密

7、抛光，平整无缺陷，内部干净，在生长前置于内酮中超声波清洗。1992年，美国GE公司⑹宣布生产出透明多品CVD金刚石厚膜，CVD法开始在珠宝业得到应用。即把多晶质金刚石膜（DF）和似钻碳体（DLC）作为涂层（镀膜）用于某些天然宝石以及对金刚石进行优化处理，但效果并不理想。1993年，Badzian等购使用微波等离了体辅助化学气相沉积法合成出1.2mm厚度的单晶金刚石层。1999年美国LMA公司网合成