星形微波等离子体化学气相沉积装置上类金刚石薄膜的制备

与金 刚石 比肩 ， 如硬 度 高 、 摩 擦 系数 小 、 化 学 稳 定 性 良好 、 电 阻率较 高 、 红外 和 微 波 频段 的透 过性 优 异、 光学 折射 率也 比较 高 等 ， 使 之 在 机械 、 电子 、 光 学、 声学 、 计 算 机 等 很 多 领 域 的 应 用 前 景 都 很 好口 ］ ． Ｄ Ｌ Ｃ 薄 膜 的 制 备 方 法 主 要 分 为 电 化 学
电， 得 到均 匀分 布 的等离 子 体 放 电 区域 ， 因此 能够
薄膜 ， 能较好地实现 Ｄ Ｌ Ｃ薄 膜 的大 批 量 生产 ． 在 该装 置 上进 行 了类 金 刚 石 薄 膜 的 沉 积 研 究 ， 通 过
流量 配 比 为 甲 烷 ： 氢气 ： 氧 气 一１ ０： １ ０ ０：１ ， 腔 体 压 力 和基 片 温 度 分 别 为 ０ ． ５ ｋ Ｐ ａ和 ４ ０ ０℃ ， 制备 出的 Ｄ Ｌ Ｃ
薄膜 表 面 光 滑 平 整 ， 薄 膜 中 的 纳米 金 刚 石 特 征 峰 明显 ， 在石 英玻璃上 沉积 的 Ｄ Ｌ Ｃ薄 膜 在 ３ ０ ０ ０ ～４ ０ ０ ０ ｃ ｍ 波数 区 间 透 光 率 超 过 ８ Ｏ ， 达到了光学应用要求． 关键 词 ： 类金刚石薄膜 ； 石英玻璃 ； 红 外 透 光 率 中图分类号 ： Ｔ Ｑ１ ７ ４ ． １ ＋５ 文献 标 识 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４ — ２ ８ ６ ９ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ ． ０ １ ２
边形 ， 因此 又被 称为 星形 ＭＰ Ｃ ＶＤ 装 置 ．
积（ Ｃ ＶＤ） 法ｌ ＿ １ ］ 三大类 ， 其中Ｃ ＶＤ 法 制 备 Ｄ Ｌ Ｃ 薄膜 具有 沉积 速率 高 、 不需 要 高 真 空 等优 势 ． 但由
于 Ｃ ＶＤ方法 所使 用 的设备 相 对较 为 复 杂 ， 在批 量 化生 产 中 的优 势 体 现 受 到 限制 ， 所 以物 理 气 相 沉 积法成 为 了 目前 工 业 化 生 产 ＤＬ Ｃ 薄 膜 使 用 得 更 多 的方法 ． 因此 ， 如 何获 得 大 体 积 的等 离 子体 来 实 现 Ｄ Ｌ Ｃ薄 膜 的 批 量 化 Ｃ ＶＤ 沉 积 也 是 当 前 Ｄ Ｌ Ｃ 工业 领域 亟待 解决 的 问题之 一． 本 文 提 出了一 种新 型 的 微 波等 离 子 体 化学 气
用． 石 英管 反应 腔直 径为 １ ０ ｃ ｍ， 长度 为 １ ｍ， 在 薄
相 沉积 装 置 ， 该 装 置 的特 点 是 ： 反应腔体 大， 等 离
子 体 区域 大 ， 无 污染 ， 能 一次 沉积 多片 大 面积 Ｄ Ｌ Ｃ
膜 的制 备过 程 中 ， 整 个 腔 体 内都 发 生 等 离 子 体 放
０ 引 言
类金 刚石 （ ＤＬ Ｃ） 薄膜 的许 多性 能 的优 异性 可
对 Ｄ Ｌ Ｃ薄膜生 长工 艺进 行 系 统研 究 ， 对类 金 刚石 薄膜 在该 装 置上 的 沉 积 工 艺 进 行 了优 化 ， 并 采 用
该优化 后 的 工艺 制 备 得 到 了 表 面 光 滑 平 整 、 质 量 符合 光学 应用要 求 的类金 刚石 薄膜 ．
２ ．广 东生之 源数 码 电子股 份有 限公 司 ， 广 东 佛山 ５ ２ ８ ２ ３ ４ ）
摘 要： 以 甲烷 、 氢气和氧气为反应气体 ， 分 别 在 镜 面 抛 光 的 单 晶硅 片 和 石 英 玻 璃 基 片 上 制 备 了类 金 刚 石 薄
Hale Waihona Puke Baidu
膜， 并 用 扫 描 电子 显 微 镜 、 激光拉曼光谱 和傅立 叶红外 透射光谱 仪等测 试方法 对薄膜 的表面 形貌 、 质 量 和 光
工 作 过程 中微 波 由微 波 源 输 入 铜 质 谐 振 腔 ，
激发石 英 管反应 腔体 内真 空环 境 下 的 反应 气 体产 生等 离子 体放 电 ， 从 而 在 基 片 上 沉 积 类 金 刚石 薄
膜． 该 装置谐 振 腔 的 尺 寸 和 微 波 源 的位 置 通 过 电
磁 场计 算进 行 确 定 ， 使 得 石 英 管 反 应 腔 处 在 较 高 的 电磁 场分 布 区域 之 内 ， 有 利 于 微 波 能 的充 分 利
法＿ ５ ］ 、 物 理气 相 沉 积 （ Ｐ ＶＤ） 法［ ７ ＿ ９ ］ 和 化 学 气 相 沉
１ 实 验 方 法
本 文所 用 的 新 型 微 波 等 离 子 体 Ｃ ＶＤ装 置 的
主体部 分 由正 五边 形 的铜 质谐 振 腔 、 微 波 源 和石 英管 反应 腔组 成 ， １ ０个 微 波 源 在 谐 振 腔 的 ５个 边 上排列 为 两组 （ 如 图 １所 示 ） ． 其 整 体 外 观 为 正 五
学性 能 进 行 了 表 征 ； 通过对类 金刚石（ Ｄ Ｌ Ｃ ） 薄 膜 制 备 过 程 中碳 源 浓 度 、 基片温度等参数的研究 ， 掌握 了工 艺 参 数 对 薄膜 性 能 的 影 响 规 律 ， 并在此 基础上成 功地对 薄膜 的沉积工 艺进行 了优化． 结果表 明 ， 当 反 应 气 体 中 的
星 形 微 波等 离 子 体 化 学气 相沉 积装 置上 类金刚石薄膜 的制备
熊 礼威 ， 崔晓慧 ， 汪 建华 ， 翁 俊 ， 龚国 华 ， 张 林
（ １ ．武汉工程 大学材料科 学与工程 学院 ， 湖北省等 离子体化 学与新 材料重 点实验 室 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ；
第３ ５卷第 １ １ 期
２ ０ １ ３年 １ １月
武
汉
工
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大
学
学
报
Ｖ ｏ１ ．３ ５ ＮＯ．１ １
ＮＯＶ ． ２Ｏ１ ３
Ｊ ． Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ．
Ｔｅ ｃ ｈ ．
文章编号 ： １ ６ ７ ４ —２ ８ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ —０ ０ ５ ３ — ０ ６