高品质金刚石膜微波等离子体CVD技术的发展现状
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（北 京科技 大学材料科 学与工程 学院 ，北京 １０００８３）
唐 伟 忠
摘 要 ：金刚石膜拥有 许多优异 的性 能。在制备 金刚 膜 的各 种方 法之 中，高功 率微 波等离 子体 化 学气相沉积 （ＭＰＣＶＤ）法 因其产生 的等 离子体密度 高 ，同时金刚石 膜沉 积过程 的可控性 和洁净 性 好 ，因而一直是 制备高品质金 刚石膜的首选方 法。在 世界范 围内 ，美 、英 、德 、日、法等先进 国家 均 已掌握 ｌ『以高 功率 ＭＰＣＶＤ法沉积高 品质 金刚石 膜 的技术 。但在 我 国国内 ，高 功率 ＭＰＣＶＤ装 备 落后一 直是困扰我 国高品质金 刚石 膜制备技术发展 的主 要障碍 ． 首先综述 国际 』＝二高功率 ＭＰＣ＇￣ Ｄ装 备 和高品质金刚石膜 制备技术 的发 展现状 ，包括 各种高 功率 ＭＰＣＶＤ装 置的特 点。其后 ，回顾 了我 国金 刚石 膜 ＭＰＣＶＤ技术 的发展 历史 ，并介绍 北京 科技 大学 近年来 在发 展高功 率 ＭＰＣＶＤ装 备和 高 品质 金 刚 石 膜 制 备技 术 方 面 取 得 的 新 进 展 。 关 键 词 ：ＭＰＣＶＤ金刚石膜沉积技 术 ；高品质金 刚石膜 中 图分 类 号 ：ＴＢ７９；ＴＱＩ６４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 献 编 号 ：１６７４—３９６２一 （２０１２）Ｏ８—
第 ３１卷 第 ８期 ２０１２年 ８月
中国材 料进展
Ｍ ＡＴＥＲＩＡＬＳ ＣＨ ＩＮＡ
Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．８ Ａ ｕｇ．２０１２
高 品 质 金 刚石 膜 微 波 等 离 子 体 ＣＶＤ 技 术 的 发 展 现 状
唐 伟 忠 ，于盛 旺 ，范朋伟 ，李 义锋 ，苏静 杰 ，刘艳 青
ｎｉｑｕｅｓ．
Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＭＰＣＶＤ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ； ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｈｎｓ
１Leabharlann Baidu 前 言
由于金 刚 石膜 同 时拥 有许 多 优异 的性 能 ，如 极 高 的 硬 度 和弹 性模 量 、极 高 的室 温热 导 率 、相 对 宽 的禁 带 和 电磁 波透 过范 围 、极 佳 的介 电 和绝缘 性 能 、优 异 的半 导
００３３ ～０７
Ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔｓ ｉｎ Ｍ ｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐｌａｓｍ ａ Ｃｈｅｍ ｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｑｕａｌｉｔｙ
Ｄｉａｍ ｏｎ ｄ Ｆｉｌｍ ｓ
ＴＡＮＧ Ｗｅｉｚｈｏｎｇ，ＹＵ Ｓｈｅｎｇｗａｎｇ，ＦＡＮ Ｐｅｎｇｗｅｉ，ＬＩ Ｙｉｆｅｎｇ，ＳＵ Ｊｉｎｇｊｉｅ，ＬＩＵ Ｙａｎｑｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｄｉａｍｏｎｄ ｆ ｉｌｍｓ ｐｏｓｓｅｓｓ ｍａｎｙ ｒｅｌｎａｒｋａｂｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｔｏ ｄｅｐｏｓｉｔ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ． ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｌａｓｍａ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ （ＭＰＣＶＤ）ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｌａｓｍａ， ｇｏｏｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｌｅａｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｆｒｅｅ ｆｒｏｍ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｃｏｎｔａｍ ｉｎａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，Ｍ ＰＣＶＤ ｈａｓ ｒｅｍ ａｉｎｓ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｓｅｆｕｌ ｆｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉａｍｏｎｄ ｆ ｉｌｍｓ． Ｗ ｅｓｔｅｒｎ ｃ＇ｏｕｎｔｒｉｅｓ ｈａｖｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｔｏ ｄｅｐｏｓｉｔ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｈｎｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＭＰＣＶＤ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ． Ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ，ｓｌｏｗ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＭＰＣＶＤ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｈａｓ ｒｅｍ ａｉｎｅｄ ａ ｍ ａｉｎ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｉｔｓ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉａｍ ｏｎｄ ｆ ｉｌｍｓ ｍａｔｅｒｉａ１． Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｗｅ ｆｉｒｓｔ ｒｅｖｉｅｗ ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ Ｍ ＰＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｆ ｉｌｍ ｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｂｏｔｈ ａｂｒｏａｄ ａｎｄ ａｔ ｈｏｍｅ． Ｔｈｅｎ，ｗｅ ｗｉｌｌ ｐｒｅｓｅｎｔ ｎｅｗ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｕｒ ｒｅ（：ｅｎｔ ｅｆｆｏｒｔ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ Ｍ ＰＣＶＤ ｄｉａｍ ｏｎｄ ｆ ｉｌｍｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈ—
在 目前 多种 可 用 于制备 金 刚石 膜 的方 法 之 中 ，微 波 等离子体化学 气相沉 积（ＭＰＣＶＤ）法由于其产生 的等离 子 体 密度 高 ，金 刚石 膜 沉 积 过 程 的 洁净 性 和 可 控 性 好 ， 因而一 直 是制 备 高 品 质 金 刚 石 膜 的 首 选 方 法 。在 这 里 ， 所 谓 高 品质是 相对 于 只强 调金 刚 石膜 要有 高 的机 械 性 能 的传 统应 用来 讲 的 。笼统 地讲 ，高 品质金 刚 石膜 包 括早 期 的所 谓 热沉 级 、光 学级 以及 后来 的所谓 电子级 或 探测
收 稿 日期 ２Ｏ１１ — １Ｏ 一 １２ 基 金 项 目 国家 自然 科 学 基金 （１０６７５０１７）；国际 科 技合 作 项 目
（２０１０ＤＦＲＳ０１ ３０） 第 一 作 者 唐 伟 忠 ，男 ， ｌ９５５年 生 ，教 授 ， 博 士 生 导 师
体 性 能 、良好 的化 学 稳定 性 、极 高 的抗辐 射 阈值 等 ，因 而 是 众 多 传 统 及 高 技 术 领 域 中 迫 切 需 要 的 一 种 新 材 料 … 。
唐 伟 忠
摘 要 ：金刚石膜拥有 许多优异 的性 能。在制备 金刚 膜 的各 种方 法之 中，高功 率微 波等离 子体 化 学气相沉积 （ＭＰＣＶＤ）法 因其产生 的等 离子体密度 高 ，同时金刚石 膜沉 积过程 的可控性 和洁净 性 好 ，因而一直是 制备高品质金 刚石膜的首选方 法。在 世界范 围内 ，美 、英 、德 、日、法等先进 国家 均 已掌握 ｌ『以高 功率 ＭＰＣＶＤ法沉积高 品质 金刚石 膜 的技术 。但在 我 国国内 ，高 功率 ＭＰＣＶＤ装 备 落后一 直是困扰我 国高品质金 刚石 膜制备技术发展 的主 要障碍 ． 首先综述 国际 』＝二高功率 ＭＰＣ＇￣ Ｄ装 备 和高品质金刚石膜 制备技术 的发 展现状 ，包括 各种高 功率 ＭＰＣＶＤ装 置的特 点。其后 ，回顾 了我 国金 刚石 膜 ＭＰＣＶＤ技术 的发展 历史 ，并介绍 北京 科技 大学 近年来 在发 展高功 率 ＭＰＣＶＤ装 备和 高 品质 金 刚 石 膜 制 备技 术 方 面 取 得 的 新 进 展 。 关 键 词 ：ＭＰＣＶＤ金刚石膜沉积技 术 ；高品质金 刚石膜 中 图分 类 号 ：ＴＢ７９；ＴＱＩ６４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 献 编 号 ：１６７４—３９６２一 （２０１２）Ｏ８—
第 ３１卷 第 ８期 ２０１２年 ８月
中国材 料进展
Ｍ ＡＴＥＲＩＡＬＳ ＣＨ ＩＮＡ
Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．８ Ａ ｕｇ．２０１２
高 品 质 金 刚石 膜 微 波 等 离 子 体 ＣＶＤ 技 术 的 发 展 现 状
唐 伟 忠 ，于盛 旺 ，范朋伟 ，李 义锋 ，苏静 杰 ，刘艳 青
ｎｉｑｕｅｓ．
Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＭＰＣＶＤ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ； ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｈｎｓ
１Leabharlann Baidu 前 言
由于金 刚 石膜 同 时拥 有许 多 优异 的性 能 ，如 极 高 的 硬 度 和弹 性模 量 、极 高 的室 温热 导 率 、相 对 宽 的禁 带 和 电磁 波透 过范 围 、极 佳 的介 电 和绝缘 性 能 、优 异 的半 导
００３３ ～０７
Ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔｓ ｉｎ Ｍ ｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐｌａｓｍ ａ Ｃｈｅｍ ｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｑｕａｌｉｔｙ
Ｄｉａｍ ｏｎ ｄ Ｆｉｌｍ ｓ
ＴＡＮＧ Ｗｅｉｚｈｏｎｇ，ＹＵ Ｓｈｅｎｇｗａｎｇ，ＦＡＮ Ｐｅｎｇｗｅｉ，ＬＩ Ｙｉｆｅｎｇ，ＳＵ Ｊｉｎｇｊｉｅ，ＬＩＵ Ｙａｎｑｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｄｉａｍｏｎｄ ｆ ｉｌｍｓ ｐｏｓｓｅｓｓ ｍａｎｙ ｒｅｌｎａｒｋａｂｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｔｏ ｄｅｐｏｓｉｔ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ． ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｌａｓｍａ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ （ＭＰＣＶＤ）ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｌａｓｍａ， ｇｏｏｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｌｅａｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｆｒｅｅ ｆｒｏｍ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｃｏｎｔａｍ ｉｎａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，Ｍ ＰＣＶＤ ｈａｓ ｒｅｍ ａｉｎｓ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｓｅｆｕｌ ｆｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉａｍｏｎｄ ｆ ｉｌｍｓ． Ｗ ｅｓｔｅｒｎ ｃ＇ｏｕｎｔｒｉｅｓ ｈａｖｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｔｏ ｄｅｐｏｓｉｔ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｈｎｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＭＰＣＶＤ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ． Ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ，ｓｌｏｗ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＭＰＣＶＤ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｈａｓ ｒｅｍ ａｉｎｅｄ ａ ｍ ａｉｎ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｉｔｓ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉａｍ ｏｎｄ ｆ ｉｌｍｓ ｍａｔｅｒｉａ１． Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｗｅ ｆｉｒｓｔ ｒｅｖｉｅｗ ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ Ｍ ＰＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｆ ｉｌｍ ｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｂｏｔｈ ａｂｒｏａｄ ａｎｄ ａｔ ｈｏｍｅ． Ｔｈｅｎ，ｗｅ ｗｉｌｌ ｐｒｅｓｅｎｔ ｎｅｗ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｕｒ ｒｅ（：ｅｎｔ ｅｆｆｏｒｔ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ Ｍ ＰＣＶＤ ｄｉａｍ ｏｎｄ ｆ ｉｌｍｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈ—
在 目前 多种 可 用 于制备 金 刚石 膜 的方 法 之 中 ，微 波 等离子体化学 气相沉 积（ＭＰＣＶＤ）法由于其产生 的等离 子 体 密度 高 ，金 刚石 膜 沉 积 过 程 的 洁净 性 和 可 控 性 好 ， 因而一 直 是制 备 高 品 质 金 刚 石 膜 的 首 选 方 法 。在 这 里 ， 所 谓 高 品质是 相对 于 只强 调金 刚 石膜 要有 高 的机 械 性 能 的传 统应 用来 讲 的 。笼统 地讲 ，高 品质金 刚 石膜 包 括早 期 的所 谓 热沉 级 、光 学级 以及 后来 的所谓 电子级 或 探测
收 稿 日期 ２Ｏ１１ — １Ｏ 一 １２ 基 金 项 目 国家 自然 科 学 基金 （１０６７５０１７）；国际 科 技合 作 项 目
（２０１０ＤＦＲＳ０１ ３０） 第 一 作 者 唐 伟 忠 ，男 ， ｌ９５５年 生 ，教 授 ， 博 士 生 导 师
体 性 能 、良好 的化 学 稳定 性 、极 高 的抗辐 射 阈值 等 ，因 而 是 众 多 传 统 及 高 技 术 领 域 中 迫 切 需 要 的 一 种 新 材 料 … 。