低成本生长高品质纳米金刚石膜的方法

摘要

低成本生长高品质纳米金刚石膜的方法，属于超硬材料生长领域。本发明以氢气、氩气、含碳气体为前驱气体，利用热阴极直流辉光放电激励形成等离子体，通过控制供气比例，实现金刚石膜形核和生长交替进行，并控制金刚石晶粒颗粒在纳米范围内，沉积出高品质纳米金刚石膜，主要包括形核、沉积纳米金刚石膜、清除膜表面非金刚石相碳过程。本发明形成的低成本制备纳米金刚石膜的方法，具有激励电流大、生长速度快、成膜质量高、制备成本低等特点，制备的纳米金刚石膜除了具有常规金刚石优异的物理和化学性质外，还具有表面粗糙度低、摩擦系数小，电阻率低等优点，表面晶粒度为10～100nm。

主权项

1、低成本生长高品质纳米金刚石膜的方法，其特征在于所述方法以氢气、氩气、含碳气体为前驱气体，利用热阴极直流辉光放电激励形成等离子体，通过控制供气比例，实现金刚石膜形核和生长交替进行，并控制金刚石晶粒颗粒在纳米范围内，沉积出高品质纳米金刚石膜，主要包括形核、沉积纳米金刚石膜、清除膜表面非金刚石相碳过程，具体步骤为：a、采用流量200～300sccm，流量比为H295～90％、含碳气体5～10％的混合气体为反应气体，在沉积腔压强1.2～1.6×104Pa、基底温度700～850℃情况下，用4～6kW电源功率激励反应气体形成等离子体，含碳气体和H2分解后，在金刚石粉研磨处理后的硅衬底上，形成一层金刚石核；b、降低含碳气体的浓度至2～3％，在已形核的衬底上，沉积一层纳米金刚石膜；c、保持气体总流量及其他沉积参数基本不变，逐渐减小H2比例至8～28，同时增加惰性气体比例至70～90％，在已生长的金刚石膜上再形成一层金刚石核；d、保持气体总流量及其他沉积参数基本不变，逐渐减小惰性气体比例至0，同时增大H2比例至97～98％，再沉积一层纳米金刚石膜；e、重复步骤c和步骤d，直至所需要的膜厚；f、最后，关闭含碳气体和惰性气体，在H等离子体中处理1～3小时，清除膜表面非金刚石相碳。