金刚石薄膜.ppt

金刚石薄膜及其应用
--Diamond Carbon Films
概述
金刚石是自然界中硬度最高的物质,金刚石的热导率是所有已知物质中最高的,室温(300K)下金刚石的热导率是铜的5倍。
金刚石是一种宽禁带材料,,因而非掺杂的本征金刚石是极好的电绝缘体,它的室温电阻率高达
金刚石透光范围宽,透过率高,透射性能优良。
金刚石具有极好的抗腐蚀性和优良的耐气候性等特点。
概述
研究证实,用化学气相沉积法制备的金刚石薄膜,其力学、热学、光学等物理性质已达到或接近天然金刚石。
这些优异性能使得它在***、电子工业、材料科学及光学领域中有着广阔的应用前景,是一种新型材料。
表1列出了天然金刚石与CVD金刚石薄膜的主要物理性能的比较。
表1 天然金刚石和CVD金刚石薄膜的物理性质
表2 国内外金刚石薄膜的研究情况对照
金刚石薄膜的结构
金刚石虽是一种原子构成,但是它的晶格是一个复式格子,由2个面心立方的布喇菲原胞沿其空间对角线位移1/4的长度套购而成,金刚石结构的结晶学原胞如图所示,在1个面心立方原胞内有4个原子,这4个原子分别位于4个空间对角线的1/4处。
金刚石结构
金刚石薄膜的制备方法
图1是碳的相图,从碳的相图看,只有离子束法需高真空,而热丝CVD法和微波等离子体CVD法在低真空下就能合成金刚石薄膜,直流等离子体喷射法和火焰法可以在常压下进行。
这些区域都是石墨的稳定区和金刚石的亚稳区,既然是金刚石的亚稳区,就有生成金刚石的可能性。然而,由于两相的化学位十分接近,两相都能生成。
图1 碳的相图
各种动力学因素:
反应过程中输入的热能或射频功率等的等离子体能量、反应气体的激活状态、反应气体的最佳比例、沉积过程中成核长大的模式等对生成金刚石起着决定性的作用。
选用与金刚石有相同或相近晶型和点阵常数的材料作基片,降低金刚石的成核势垒。却提高了石墨的成核势垒。
石墨在基片上成核的可能性仍然存在,并且一旦成核,就会在其核上高速生长,还可能生成许多非晶态碳,因此,需要有一种能高速除去石墨和非晶态碳的腐蚀剂,相比之下,原子氢是最理想的腐蚀剂,它能同时腐蚀金刚石和石墨,但它对石墨的腐蚀速率比腐蚀金刚石的速率高30~40倍,这样就能有效地抑制石墨相的生长。