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纳米材料/工业陶瓷 |
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常温下合成金刚石薄膜 |
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作者：深圳雷地科技实业公司 刘铁林 刘南林 |
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摘要:采用射频辉光放电的方法在含CH 的混合气体的常温条件下制备了含碳的薄膜，通过Raman、XRD和SEM 分析，检验了薄膜的性质，表明此膜含有大量的碳的SP3 键的金刚石成分，其晶粒为10～100 nm，属于纳米金刚石膜。此膜已在玻璃镜片、塑料和磁盘等商品的保护方面获得了广泛的应用。
关键词:金刚石薄膜;辉光放电;纳米
1 引言
金刚石是一种具有独特的以及许多优异性能的材料，它能极大地提高和改进产品的性能。作为功能材料，利用其优异的光学和电子学性能，可制成光电子器件;作为保护材料，它能增加材料的热导、电绝缘性能、耐磨性能和抗化学腐蚀性能，并能提供其他材料所不具备的保护作用;同时它的生物兼容性能好，可作为人造器官的材料。因此，在国民经济、生产科研和国防上有广泛地应用前景。
化学气相沉积方法是制备金刚石薄膜的主要方法，他们是热灯丝化学气相沉积法，微波等离子体化学气相沉积法，以及等离子体喷射沉积法等。在这些沉积方法中对衬底均要求600～800 ℃的高温，采用化学气相沉积法在常温下沉积金刚石膜的方法目前尚未见报道。有报道在常温下采用激光等离子体放电方法沉积了纳米金刚石膜[1 ] ，沉积的纳米金刚石膜其SP3 的含量超过75 % ，晶粒尺寸在20～100 nm。本文介绍了作者采用射频辉光放电在常温下沉积金刚石膜的方法和膜的性质。
2 试验方法
试验装置如图1 所示。它是由真空室和射频电源构成，真空室中设置射频电极，衬底放在一个极上。
沉积采用的样品包括硅和其他材料。射频辉光放电采用13. 56 MHz 的射频电源。
样品需要进行表面清洁处理，在放入真空室后，预抽真空并进行等离子体辉光放电处理。在完成清洁处理后，进行沉积试验。将样品分别旋转在沉积室中不同的位置进行了试验，可在样品一面或同时在样品的两面沉积金刚石膜。沉积条件如表1 所列。
图1 射频沉积系统的原理图
分别在单晶硅、塑料和钛为衬底的样品上沉积了金刚石膜，并在厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室对薄膜进行了Raman 光谱、X 射线衍射和扫描电镜的分析。
3 薄膜的性能
采用CuKα(λ= 1. 540 6 A) ，测量了在塑料膜上沉积金刚石膜的X 射线图谱，如图2 所示。其中具有明显的金刚石晶面结构， d = 2. 07 对应于金刚石的(111) 面， d = 1. 17 对应于金刚石的(220) 面，表明该膜层材料含有金刚石晶粒。
图2 沉积薄膜的XRD 图谱
此膜的Raman 光谱，如图3 所示。在以钛为基底的样品图谱中，在1 337/cm和1 578/cm处形成2个宽峰，可确定此膜由金刚石和石墨构成。2 条曲线分别表示样品上下表面镀膜后的谱。
图3 沉积薄膜的Raman 图谱
图4 是在硅片样品上沉积薄膜后的SEM 照片，从图中可以看出此膜是由直径50～100 nm 的均匀球形晶粒构成。
图4 硅样品的SEM 照片
4 结论
通过X 射线衍射分析、Raman 光谱测量、SEM 观察等综合分析，表明被测样品主要由纳米金刚石膜球形晶体颗粒构成，其晶粒为10～100 nm。试验证明在常温下可以生成金刚石膜。对成膜机理和改进薄膜质量的研究正在进行中。
参考文献:
[1 ] COLL INS C B ，DAVANLOO E ，JUENGERMAN E M ，et al . Laser plasma source of amorphic diamond[J ] . Appl Phys
Lett ，1989 ，54∶216～218.(end)
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(4/15/2010) |
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