MPCVD制备大颗粒金刚石形貌的研究-论文.pdf

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1、第29卷第2期硬质合金2012年4月Vo1．29No．2CEMENTEDCARBIDEApr．2012业斟材料科学{簪芥芥本本doi：10．39696．issn．1003—7292．2012．02．003MPCVD制备大颗粒金刚石形貌的研究吕继磊满卫东朱金凤涂昕(武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073)摘要利用自制5kw微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置，沉积得到了晶粒尺寸达到500Ixm的大颗粒金刚石。采用抛光后的硅作为基底，CH和H：为气源，分别研究了基片边缘与中心区域沉积的大

2、颗粒金刚石的表面形貌。通过SEM表征了金刚石的表面形貌，发现基片边缘由于产生放电现象加速了金刚石的沉积，而晶粒之间相互挤压导致了孪晶的产生，影响其生长质量。相反由于中心区域形核密度低，使得晶粒在优先生长的模型下抑制了小晶粒的生长，从而提供更多的能量促进大晶粒的生长，在本实验条件下(100)晶面得到了长大，并获得了表面平整、晶体形貌良好的大颗粒金刚石。最后介绍了国内外合成大颗粒金刚石的研究进展，并对其研究方向做出了展望。关键词大颗粒；微波等离子体；化学气相沉积；表面形貌StudyonMorphologyofLarge-si

3、zedDiamondSynthesizedbyMPCVDLvJileiManWeidongZhuJintfengTuXin(HubeiProvincialKeyLaboratoryofPlasmaChemistryandAdvancedMaterials，WuhanInstituteofTechnology，WuhanHubei430073，China)ABSTRACTLarge——sizeddiamondupto500tzmwasdepositedbyahome——mademicrowaveplasmaassisted

4、CVDreac-tor(2．45GHz，5kW，water-cooledstainlesssteelchambe0．PolishedSiwaschoosenasthesubstrateandCH4andH2wereintroducedintotheexperiment．Thegrowthmechanismsoflarge-sizeddiamondsdepositedontheedgeandthecenterofthesubstratewerestudiedrespectively．Thesurfacemorphology

5、ofthegrowndiamondwascharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)．Theresultsshowthatdiamonddepositedontheedgeofthesubstratehasafastgrowthspeedduetotheelectricdischargephenomena．However,thegraininteractionswouldleadtotwinning，whichafactsthecrystalgrowthquality．On

6、thecontrary，thegrowthofsmallgrainswouldbeinhibitedduetothelownucleationdensityatthecen—tralarea，thusprovidingmoreenergytopromotegraingrowth．Underthisexperimentalconditions，(100)surfacehasbeengrownupandahighqualitylarge-sizeddiamondhasbeendepositedonthecenterofthe

7、substratebasedonthepriorgrowthmode1．Finally，therecentprogressandprospectofLarge—sizeddiamondareintroduced．KEYWORDSlarge—sized；microwaveplasma；chemicalvapordeposition；surfacemorphology项目基金：湖北省自然科学基金1110421l作者简介：吕继磊(1987一)。男。武汉工程大学硕士研究生。研究方向：低温制备金刚石薄膜及其应用。导师简介：满卫东(

8、1970-)。男．武汉工程大学，教授。研究方向：微波法制备金刚石膜的研究及应用。第29卷吕继磊满卫东朱金凤涂昕~MPCVD捌鲁大颗粒金嘲石形貌的研究·73·金刚石具有诸多优异的物理化学性能，如超高过程中二次形核和孪晶等缺陷的产生也严重影响了硬度，高热导率，高光学透过率和极好的电绝缘性，金刚石的表面形貌[111。本实验