金刚石薄膜沉积制备工艺与应用PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 金刚石薄膜的优异性能及其应用前景 1

1.2 金刚石膜的表征方法 7

1.3 金刚石薄膜的沉积方法 9

1.3.1 化学气相沉积(CVD)法 9

1.3.2 等离子体化学气相沉积(PCVD)法 13

1.3.3 火焰燃烧法 21

1.3.4 物理气相沉积(PVD)法 22

1.3.5 化学气相输运法 22

1.3.6 粒子束沉积法 26

1.3.7 激光化学气相沉积(LECVD)法 27

1.4 影响金刚石薄膜生长的主要因素 27

1.4.1 衬底(基片)材料 28

1.4.2 基片的预处理 30

1.4.3 温度 32

1.4.4 气源和氢的特殊作用 34

1.4.5 工作炉压 37

第2章 金刚石膜沉积的非平衡热力学与形成机理 41

2.1 概述 41

2.2 非平衡热力学耦合模型 42

2.2.1 化学泵模型的概述 42

2.2.2 非平衡热力学反应机理与耦合模型 44

2.2.3 非平衡定态相图 50

2.3 低压激活金刚石膜生长中的反应势垒 58

2.4 低压激活气相生长金刚石与石墨的驱动力和氢原子的特殊作用 64

2.4.1 低压气相生长金刚石与石墨的驱动力 64

2.4.2 超平衡氢原子的特殊作用 67

第3章 金刚石薄膜沉积生长的动力学因素与动力学方程 74

3.1 金刚石薄膜沉积生长的一些动力学因素 74

3.2.1 碳源气体的浓度 75

3.2 影响金刚石薄膜生长动力学的主要因素 75

3.2.2 衬底(基片)的表面状态 78

3.2.3 沉积温度 80

3.2.4 石墨刻蚀剂 83

3.2.5 成膜初期前的生成物 85

3.3 金刚石薄膜生长动力学模型 88

第4章 高速大面积沉积金刚石薄膜的装置 94

4.1 大面积沉积金刚石薄膜的热丝 CVD 装置 94

4.1.1 沉积金刚石薄膜的热丝 CVD 装置 94

4.1.2 大面积沉积金刚石薄膜的热丝 CVD 装置中的几个关键技术 95

4.2 快速大面积沉积金刚石膜的直流等离子射流装置 107

4.2.1 直流等离子射流装置 107

4.2.2 高功率直流等离子射流装置中的关键技术 107

5.1.1 沉积的主要方法 116

5.1 金刚石膜的主要沉积方法和成膜生长概述 116

第5章 金刚石膜沉积工艺 116

5.1.2 形核与生长 117

5.2 主要的沉积工艺参数对金刚石形核的影响 118

5.2.1 基体材质 118

5.2.2 前处理工艺 119

5.2.3 基体温度 120

5.2.4 碳源气体的浓度 121

5.2.5 等离子体密度和功率密度 121

5.2.6 沉积室气压 122

5.2.7 基体偏压 122

5.3 沉积主要参数对金刚石的生长过程的影响 122

5.3.1 基体温度 123

5.3.2 等离子体密度和功率密度 123

5.3.4 沉积室气压 124

5.3.3 碳源气体的浓度 124

5.4 金刚石膜生成的基本条件 125

5.5 热丝 CVD 法沉积金刚石膜工艺 126

5.5.1 热丝 CVD 设备 126

5.5.2 热丝材质和温度 126

5.5.3 热丝与基体的间距 127

5.5.4 含碳气源 128

5.5.5 基体温度及其他 128

5.6 直流等离子体射流法 129

5.6.1 沉积设备和原理 130

5.6.2 金刚石膜质量与各参数的关系 130

5.7 金刚石涂层刀具制备工艺 137

5.7.1 概述 137

5.7.2 常用的 CVD 沉积设备 137

5.7.3 常用的刀具基体材质 139

5.7.4 沉积前基体表面预处理 140

5.7.5 直流等离子射流 CVD 法制备金刚石涂层刀具工艺及结果 141

第6章 类金刚石薄膜(DLC 膜) 154

6.1 DLC 膜的概述与表征 154

6.1.1 概述 154

6.1.2 表征 155

6.2 DLC 膜的制备方法 156

6.2.1 离子束沉积(IBD)法 156

6.2.2 离子束辅助沉积(IBED)法 156

6.2.3 射频溅射(RFS)法 157

6.2.4 磁控溅射(MS)法 158

6.2.5 真空阴极电弧沉积(VCAD)法 158

6.2.6 高强度直流电弧(High Current DC—Arc(HC DCA))法 160

6.2.7 直流辉光放电等离子体化学气相沉积(DC-PCVD)法 162

6.2.8 射频辉光放电等离子体化学气相沉积(RF-PCVD)法 163

6.2.9 电子回旋化学气相沉积(ECR-CVD)法 164

6.2.10 激光等离子体沉积(LPD)法 164

6.2.11 激光弧沉积(LAD)法 165

6.3 DLC 膜的性能 165

6.3.1 DLC 膜的力学性能 166

6.3.2 DLC 膜的电学性能 170

6.3.3 光学性能 171

6.3.4 润湿性 172

6.3.5 热稳定性 172

6.4 DLC 膜的应用 173

6.4.1 机械加工行业及耐磨件 174

6.4.2 高保真扬声器振膜 176

6.4.3 电学上的应用 177

6.4.4 光学上的应用 181

6.4.5 医学上的应用 182

6.4.6 腐蚀领域的应用 184

第7章 结语与展望 188

7.1 金刚石膜进展概况 188

7.1.1 低压化学气相沉积金刚石膜的方法、工艺参数与质量 190

7.1.2 金刚石膜研究的主要进展 194

7.2 当前产业化中要解决的重要技术 196

7.2.1 高速大面积的金刚石膜沉积工艺技术 197

7.2.2 控制金刚石膜的晶界密度和缺陷密度 197

7.2.3 金刚石膜中的 n 型掺杂 198

7.2.4 控制金刚石膜的成核和生长过程 198

7.2.5 金刚石膜的低温生长 198

7.2.6 与应用紧密相关的技术 199

7.3 展望 205