微波等離子體化學氣相沉積

❶ 微波等離子體化學氣象沉積的工作原理

CVD法制備金剛石膜的工藝已經開發出很多種，其中主要有：熱絲法（Hot Filament CVD, 簡稱HFCVD）[1]、微波法（Microwave Plasma CVD, 簡稱MPCVD）[2]、直流等離子體炬法（DC Plasma-jet CVD）[3]和氧-乙炔燃燒火焰法（Oxy-acetylene Combustion Flame）[4]。其中，微波法是用電磁波能量來激發反應氣體。由於是無極放電，等離子體純凈，同時微波的放電區集中而不擴展，能激活產生各種原子基團如原子氫等，產生的離子的最大動能低，不會腐蝕已生成的金剛石。與熱絲法相比，避免了熱絲法中因熱金屬絲蒸發而對金剛石膜的污染[5]以及熱金屬絲對強腐蝕性氣體如高濃度氧、鹵素氣體等十分敏感等缺點，使得在工藝中能夠使用的反應氣體的種類比HFCVD中多許多；與直流等離子體炬相比，微波功率調節連續平緩，使得沉積溫度可連續穩定變化，克服了直流電弧法中因電弧的點火及熄滅而對襯底和金剛石膜的巨大熱沖擊而造成在DC plasma-jet CVD中金剛石膜很容易從基片上脫落[6]；通過對MPCVD沉積反應室結構的結構調整，可以在沉積腔中產生大面積而又穩定的等離子體球，因而有利於大面積、均勻地沉積金剛石膜，這一點又是火焰法所難以達到的[7]，因而微波等離子體法制備金剛石膜的優越性在所有制備法中顯得十分的突出

------優普萊等離子體專業從事等離子體的研發

❷ 機械設計畢業設計開題報告

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超硬材料薄膜塗層研究進展及應用

摘要：CVD和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬質薄膜塗層材料已經在工具、模具、裝飾等行業得到日益廣泛的應用，但仍然不能滿足許多難加工材料，如高硅鋁合金，各種有色金屬及其合金，工程塑料，非金屬材料，陶瓷，復合材料(特別是金屬基和陶瓷基復合材料)等加工要求。正是這種客觀需求導致了諸如金剛石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及納米復合膜等新型超硬薄膜材料的研究進展。本文對這些超硬材料薄膜的研究現狀及工業化應用前景進行了簡要的介紹和評述。
關鍵詞：超硬材料薄膜；研究進展；工業化應用
1 超硬薄膜

超硬薄膜是指維氏硬度在40GPa以上的硬質薄膜。不久以前還只有金剛石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能夠達到這個標准，前者的硬度為50-100GPa(與晶體取向有關)，後者的硬度為50～80GPa。類金剛石膜(DLC)的硬度范圍視制備方法和工藝不同可在10GPa～60GPa的寬廣范圍內變動。因此一些硬度很高的類金剛石膜(如採用真空磁過濾電弧離子鍍技術制備的類金剛石膜(也叫Ta：C))也可歸人超硬薄膜行列。近年來出現的碳氮膜(CNx)雖然沒有像Cohen等預測的晶態β-C3N4那樣超過金剛石的硬度，但已有的研究結果表明其硬度可達10GPa～50GPa，因此也歸人超硬薄膜一類。上述幾種超硬薄膜材料具有一個相同的特徵，他們的禁帶寬度都很大，都具有優秀的半導體性質，因此也叫做寬禁帶半導體薄膜。SiC和GaN薄膜也是優秀的寬禁帶半導體材料，但它們的硬度都低於40GPa，因此不屬於超硬薄膜。

最近出現的一類超硬薄膜材料與上述寬禁帶半導體薄膜完全不同，他們是由納米厚度的普通的硬質薄膜組成的多層膜材料。盡管每一層薄膜的硬度都沒有達到超硬的標准，但由它們組成的納米復合多層膜卻顯示了超硬的特性。此外，由納米晶粒復合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高達105GPa，創紀錄地達到了金剛石的硬度。

本文將就上述幾種超硬薄膜材料一一進行簡略介紹，並對其工業化應用前景進行評述。

2 金剛石膜

2．1金剛石膜的性質
金剛石膜從20世紀80年代初開始，一直受到世界各國的廣泛重視，並曾於20世紀80年代中葉至90年代末形成了一個全球范圍的研究熱潮(Diamond fever)。這是因為金剛石除具有無與倫比的高硬度和高彈性模量之外，還具有極其優異的電學(電子學)、光學、熱學、聲學、電化學性能(見表1)和極佳的化學穩定性。大顆粒天然金剛石單晶(鑽石)在自然界中十分稀少，價格極其昂貴。而採用高溫高壓方法人工合成的工業金剛石大都是粒度較小的粉末狀的產品，只能用作磨料和工具(包括金剛石燒結體和聚晶金剛石(PCD)製品)。而採用化學氣相沉積(CVD)方法制備的金剛石膜則提供了利用金剛石所有優異物理化學性能的可能性。經過20餘年的努力，化學氣相沉積金剛石膜已經在幾乎所有的物理化學性質方面和最高質量的IIa型天然金剛石晶體(寶石級)相比美(見表1)。化學氣相沉積金剛石膜的研究已經進人工業化應用階段。

表 1 金剛石膜的性質
Table 1 Properties of chamond film

CVD 金剛石膜
天然金剛石

點陣常數 (Å)
3.567
3.567

密度 (g/cm3)
3.51
3.515

比熱 Cp(J/mol,(at 300K))
6.195
6.195

彈性模量 (GPa)
910-1250
1220*

硬度 (GPa)
50-100
57-100*

縱波聲速 (m/s)

18200

摩擦系數
0.05-0.15
0.05-0.15

熱膨脹系數 (×10 -6 ℃ -1)
2.0
1.1***

熱導率 (W/cm.k)
21
22*

禁帶寬度 (eV)
5.45
5.45

電阻率 (Ω.cm)
1012-1016
1016

飽和電子速度 (×107cms-1)
2.7
2.7*

載流子遷移率 (cm2/Vs)

電子
1350-1500
2200**

空隙
480
1600*

擊穿場強 (×105V/cm)

100

介電常數
5.6
5.5

光學吸收邊 (□ m)

0.22

折射率 (10.6 □ m)
2.34-2.42
2.42

光學透過范圍
從紫外直至遠紅外 ( 雷達波 )
從紫外直至遠紅外 ( 雷達波 )

微波介電損耗 (tan □)
＜ 0.0001

注:*在所有已知物質中占第一,**在所有物質中占第二,***與茵瓦(Invar)合金相當。

2．2金剛石膜的制備方法

化學氣相沉積金剛石所依據的化學反應基於碳氫化合物(如甲烷)的裂解，如：
熱高溫、等離子體
CH4(g)一C(diamond)+2H2(g) (1)

實際的沉積過程非常復雜，至今尚未完全明了。但金剛石膜沉積至少需要兩個必要的條件：(1)含碳氣源的活化；(2)在沉積氣氛中存在足夠數量的原子氫。除甲烷外，還可採用大量其它含碳物質作為沉積金剛石膜的前驅體，如脂肪族和芳香族碳氫化合物，乙醇，酮，以及固態聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及鹵素等等。

常用的沉積方法有四種：(1)熱絲CVD；(2)微波等離子體CVD；(3)直流電弧等離子體噴射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃燒火焰沉積。在這幾種沉積方法中，改進的熱絲CVD(EACVD)設備和工藝比較簡單，穩定性較好，易於放大，比較適合於金剛石自支撐膜的工業化生產。但由於易受燈絲污染和氣體活化溫度較低的原因，不適合於極高質量金剛石膜(如光學級金剛石膜)的制備。微波等離子體CVD是一種無電極放電的等離子體增強化學氣相沉積工藝，等離子體與沉積腔體沒有接觸，放電非常穩定，因此特別適合於高質量金剛石薄膜(塗層)的制備。微波等離子體CVD的缺點是沉積速率較低，設備昂貴，制備成本較高。採用高功率微波等離子體CVD系統(目前國外設備最高功率為75千瓦，國內為5千瓦)，也可實現金剛石膜大面積、高質量、高速沉積。但高功率設備價格極其昂貴(超過100萬美元)，即使在國外願意出此天價購買這種設備的人也不多。直流電弧等離子體噴射(DC Arc P1asma Jet)是一種金剛石膜高速沉積方法。由於電弧等離子體能夠達到非常高的溫度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉積方法都要高的原子氫濃度，使其成為一種金剛石膜高質量高速沉積工藝。特殊設計的高功率JET可以實現大面積極高質量(光學級)金剛石自支撐膜的高速沉積。我國在863計劃"75」和"95」重大關鍵技術項目的支持下已經建立具有我國特色和獨立知識產權的高功率De Are Plasma Jet金剛石膜沉積系統，並於1997年底在大面積光學級金剛石膜的制備技術方面取得了突破性進展。目前已接近國外先進水平。

2．3金剛石膜研究現狀和工業化應用
20餘年來，CVD金剛石膜研究已經取得了非常大的進展。金剛石膜的內在質量已經全面達到最高質量的天然IIa型金剛石單晶的水平(見表1)。在金剛石膜工具應用和熱學應用(熱沉)方面已經實現了，產業化，一些新型的金剛石膜高技術企業已經在國內外開始出現。光學(主要是軍事光學)應用已經接近產業化應用水平。金剛石膜場發射和真空微電子器件、聲表面波器件(SAW)、抗輻射電子器件(如SOD器件)、一些基於金剛石膜的探側器和感測器和金剛石膜的電化學應用等已經接近實用化。由於大面積單晶異質外延一直沒有取得實質性進展，n一型摻雜也依然不夠理想，金剛石膜的高溫半導體器件的研發受到嚴重障礙。但是，近年來採用大尺寸高溫高壓合成金剛石單晶襯底的金剛石同質外延技術取得了顯著進展，已經達到了研製晶元級尺寸襯底的要求。金剛石高溫半導體晶元即將問世。

鑒於篇幅限制，及本文關於超硬薄膜介紹的宗旨，下面將僅對金剛石膜的工具(摩擦磨損)應用進行簡要介紹。

2．4金剛石膜工具和摩擦磨損應用
金剛石膜所具有的最高硬度、最高熱導率、極低摩擦系數、很高的機械強度和良好化學穩定性的異性能組合(見表1)使其成為最理想的工具和工具塗層材料。
金剛石膜工具可分為金剛石厚膜工具和金剛石薄膜塗層工具。

2．4．1金剛石厚膜工具
金剛石厚膜工具採用無襯底金剛石白支撐膜(厚度一般為0．5mm～2mm)作為原材料。目前已經上市的產品有：金剛石厚膜焊接工具、金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜砂輪修整條、高精度金剛石膜軸承支架等等。

金剛石厚膜焊接工具的製作工藝為：金剛石自支撐膜沉積→激光切割→真空釺焊→高頻焊接→精整。金剛石厚膜釺焊工具的使用性能遠遠優於PCD，可用於各種難加工材料，包括高硅鋁合金和各種有色金屬及合金、復合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金屬材料等的高效、精密加工。採用金剛石厚膜工具車削加工的高硅鋁合金錶面光潔度可達V12以上，可代替昂貴的天然金剛石刀具進行「鏡面加工"。金剛石膜拉絲模芯可用於拉制各種有色金屬和不銹鋼絲，由於金剛石膜是准各向同性的，因此在拉絲時模孔的磨損基本上是均勻的，不像天然金剛石拉絲模芯那樣模孔的形狀會由於非均勻磨損(各向異性所致)而發生畸變。金剛石膜修整條則廣泛用於機械製造行業，用作精密磨削砂輪的修整，代替價格昂貴的天然金剛石修整條。這些產品已經在國內外市場上出現，但目前的規模還不大。其原因是：(1)還沒有為廣大用戶所熟悉、了解；(2)面臨其它產品(主要是PCD)的競爭；(3)雖然比天然金剛石產品便宜，但成本(包括金剛石自支撐膜的制備和加工成本)仍然較高，在和PCD競爭時的優勢受到一定的限制。

高熱導率(≥10W／em．K)金剛石自支撐膜可作為諸如高功率激光二極體陣列、高功率微波器件、MCMs(多晶元三維集成)技術的散熱片(熱沉)和功率半導體器件(Power ICs)的封裝。在國外已有一定市場規模。

在國內，南京天地集團公司和北京人工晶體研究所合作在1997年前後率先成立了北京天地金剛石公司，生產和銷售金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜修整條和金剛石厚膜焊接工具及其它一些金剛石膜產品。該公司大約在2000年左右渡過了盈虧平衡點，但目前的規模仍然不很大。國內其它一些單位，如北京科技大學、河北省科學院(北京科技大學的合作者)、吉林大學、核工業部九院、浙江大學、湖南大學等都具有生產金剛石厚膜工具產品的能力，其中有些單位正在國內市場上小批量銷售其產品。

2．4．2金剛石薄膜塗層工具
金剛石薄膜塗層工具一般採用硬質合金工具作為襯底，金剛石膜塗層的厚度一般小於30lxm。金剛石薄膜塗層硬質合金工具的加工材料范圍和金剛石厚膜工具完全相同，在切削高硅鋁合金時一般均比未塗層硬質合金工具壽命提高lO～20倍左右。在切削復合材料等極難加工材料時壽命提高幅度更大。金剛石薄膜塗層工具的性能與PCD相當或略高於PCD，但制備成本比PCD低得多，且金剛石薄膜可以在幾乎任意形狀的工具襯底上沉積，PCD則只能製作簡單形狀的工具。金剛石薄膜塗層工具的另一大優點是可以大批量生產，因此成本很低，具有非常好的市場競爭能力。

金剛石薄膜塗層硬質合金工具研發的一大技術障礙是金剛石膜與硬質合金的結合力太差。這主要是由於作為硬質合金粘接劑的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金剛石在Co上形核孕育期很長，同時Co對於石墨的形成有明顯的促進作用，因此金剛石是在表面上形成的石墨層上面形核和生長，導致金剛石膜和硬質合金襯底的結合力極差。在20世紀80年代和90年代無數研究者曾為此嘗試了幾乎一切可以想到的辦法，今天，金剛石膜與硬質合金工具襯底結合力差的問題已經基本解決。盡管仍有繼續提高的餘地，但已經可以滿足工業化應用的要求。在20世紀後期，國外出現了可以用於金剛石薄膜塗層工具大批量工業化生產的設備，一次可以沉積數百隻硬質合金鑽頭或刀片，拉開了金剛石薄膜塗層工具產業化的序幕。一些專門從事金剛石膜塗層工具生產的公司在國外相繼出現。

目前，金剛石薄膜塗層工具主要上市產品包括：金剛石膜塗層硬質合金車刀、銑刀、麻花鑽頭、端銑刀等等。從目前國外市場的銷售情況來看，銷售量最大的是端銑刀、鑽頭和銑刀。大量用於加工復合材料和汽車工業中廣泛應用的大型石墨模具，以及其它難加工材料的加工。可轉位金剛石膜塗層車刀的銷售情況目前並不理想。這是因為可轉位金剛石膜塗層刀片的市場主要是現代化汽車工業的數控加工中心，用於高硅鋁合金活塞和輪轂等的自動化加工。這些全自動化的數控加工中心對刀具性能重復性的要求十分嚴格，目前的金剛石膜塗層工具暫時還不能滿足要求，需要進一步解決產品檢驗和生產過程質量監控的技術。

目前國外金剛石膜塗層工具市場規模大約在數億美元左右，僅僅一家只有20多人的小公司(美國SP3公司)，去年的銷售額就達2千多萬美元。

國內目前尚無金剛石膜塗層產品上市。國內不少單位，如北京科技大學、上海交大、廣東有色院、勝利油田東營迪孚公司、吉林大學、北京天地金剛石公司等都在進行金剛石膜塗層硬質合金工具的研發，目前已在金剛石膜的結合力方面取得實質性進展。北京科技大學採用滲硼預處理工藝(已申請專利)成功地解決了金剛石膜的結合力問題，所研製的金剛石膜塗層車刀和銑刀在加工Si-12％AI合金時壽命可穩定提高20-30倍。並已成功研發出「強電流直流擴展電弧等離子體CVD"金剛石膜塗層設備(已申請專利)。該設備將通常金剛石膜沉積設備的平面沉積方式改為立體(空間)沉積，沉積空間區域很大，可容許金剛石膜塗層工具的工業化生產。該設備可保證在工具軸向提供很大的金剛石膜均勻沉積范圍，因此特別適合於麻花鑽頭、端銑刀之類細長且形狀復雜工具的沉積。目前已經解決這類工具金剛石膜沉積技術問題，所制備的金剛石膜塗層硬質合金鑽頭在加工碳化硅增強鋁金屬基復合材料時壽命提高20倍以上。目前能夠制備的金剛石膜塗層硬質合金鑽頭最小直徑為lmin。目前正在和國內知名設備製造廠商(北京長城鈦金公司)合作研發工業化商品設備，生產能力為每次沉積硬質合金鑽頭(或刀片)300隻以上，預計年內可投放國內外市場。
3 類金剛石膜(DLC)

類金剛石膜(DLC)是一大類在性質上和金剛石類似，具有8p2和sp3雜化的碳原子空間網路結構的非晶碳膜。依據制備方法和工藝的不同，DLC的性質可以在非常大的范圍內變化，既有可能非常類似於金剛石，也有可能非常類似於石墨。其硬度、彈性模量、帶隙寬度、光學透過特性、電阻率等等都可以依據需要進行「剪裁」。這一特性使DLC深受研究者和應用部門的歡迎。

DLC的制備方法很多，採用射頻CVD、磁控濺射、激光淀積(PLD)、離子束濺射、真空磁過濾電弧離子鍍、微波等離子體CVD、ECR(電子迴旋共振)CVD等等都可以制備DLC。

DLC的類型也很多，通常意義上的DLC含有大量的氫，因此也叫a：C—H。但也可制備基本上不含氫的DLC，叫做a：c。採用高能激光束燒蝕石墨靶的方法獲得的DLC具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和較大的帶隙寬度，曾被稱為「非晶金剛石」(Amorphorie Diamond)膜。採用真空磁過濾電弧離子鍍方法制備的DLC中sp3含量也很高，叫做Ta：C(Tetragonally Bonded Amorphous Carbon)。

DLC具有類似於金剛石的高硬度(10GPa-50GPa)、低摩擦系數(0．1一0．3)、可調的帶隙寬度(1_2eV～3eV)、可調的電阻率和折射率、良好光學透過性(在厚度很小的情況下)、良好的化學惰性和生物相容性。且沉積溫度很低(可在室溫沉積)，可在許多金剛石膜難以沉積的襯底材料(包括鋼鐵)上沉積。因此應用范圍相當廣泛。典型的應用包括：高速鋼、硬質合金等工具的硬質塗層、硬磁碟保護膜、磁頭保護膜、高速精密零部件耐磨減摩塗層、紅外光學元器件(透鏡和窗口)的抗劃傷、耐磨損保護膜、Ge透鏡和窗口的增透膜、眼鏡和手錶表殼的抗擦傷、耐磨摜保護膜、人體植入材料的保護膜等等。

DLC在技術上已經成熟，在國外已經達到半工業化水平，形成具有一定規模的產業。深圳雷地公司在DLC的產業化應用方面走在國內前列。不少單位，如北京師范大學、中科院上海冶金所、北京科技大學、清華大學、廣州有色院、四川大學等都正在進行或曾經進行過DLC的研究和應用開發工作。
DLC的主要缺點是：(1)內應力很大，因此厚度受到限制，一般只能達到lum～21um以下；(2)熱穩定性較差，含氫的a：C-H薄膜中的氫在400℃左右就會逐漸逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大約500℃以上就會轉變為石墨。

5 碳氮膜

自從Cohen等人在20世紀90年代初預言在C-N體系中可能存在硬度可能超過金剛石的β-C>3N4相以後，立即就在全球范圍內掀起了一股合成β-C3N4的研究狂潮。國內外的研究者爭先恐後，企圖第一個合成出純相的β-C3N4晶體或晶態薄膜。但是，經過了十餘年的努力，至今並無任何人達到上述目標。在絕大多數情況下，得到的都是一種非晶態的CNx薄膜，膜中N／C比與薄膜制備的方法和具體工藝有關。盡管沒有得到Cohen等人所預測超過金剛石硬度的β-C3N4晶體，但已有的研究表明CNx薄膜的硬度可達15GPa-50GPa，可與DLC相比擬。同時CNx薄膜具有十分奇特的摩擦磨損特性。在空氣中，cNx薄膜的摩擦因數為O.2-O.4，但在N2，CO2和真空中的摩擦因數為O.01-O.1。在N2氣氛中的摩擦因數最小，為O．01，即使在大氣環境中向實驗區域吹氮氣，也可將摩擦因數降至0.017。因此，CNx薄膜有望在摩擦磨損領域獲得實際應用。除此之外。CNx薄膜在光學、熱學和電子學方面也可能有很好的應用前景。

採用反應磁控濺射、離子束淀積、雙離子束濺射、激光束淀積(PLD)、等離子體輔助CVD和離子注人等方法都可以制備出CNx薄膜。在絕大多數情況下，所制備薄膜都是非晶態的，N／C比最大為45％，也即CNx總是富碳的。與C-BN的情況類似，CNx薄膜的制備需要離子的轟擊，薄膜中存在很大的內應力，需要進一步降低薄膜內應力，提高薄膜的結合力才能獲得實際應用。至於是否真正能夠獲得硬度超過金剛石的B-C3N4，現在還不能作任何結論。

6 納米復合膜和納米復合多層膜

以納米厚度薄膜交替沉積獲得的納米復合膜的硬度與每層薄膜的厚度(調制周期)有關，有可能高於每一種組成薄膜的硬度。例如，TiN的硬度為2l GPa，NbN的硬度僅為14GPa，但TiN／NbN納米復合多層膜的硬度卻為5lGPa。而TiYN／VN納米復合多層膜的硬度競高達78GPa，接近了金剛石的硬度。最近，納米晶粒復合的TiN／SiNx薄膜材料的硬度達到了創記錄的105GPa，可以說完全達到了金剛石的硬度。這一令人驚異的結果曾經過同一研究組的不同研究者和不同研究組的反復重復驗證，證明無誤。這可能是第一次獲得硬度可與金剛石相比擬的超硬薄膜材料。其意義是顯而易見的。

關於為何能夠獲得金剛石硬度的解釋並無完全令人信服的定論。有人認為在納米多層復合膜的情況下，納米多層膜的界面有效地阻止了位錯的滑移，使裂紋難以擴展，從而引起硬度的反常升高。而在納米晶粒復合膜的情況下則可能是在TiN薄膜的納米晶粒晶界和高度彌散分布的納米共格SiNx粒子周圍的應變場所引起的強化效應導致硬度的急劇升高。

無論上述的理論解釋是否完全合理，這種納米復合多層膜和納米晶粒復合膜應用前景是十分明朗的。納米復合多層膜不僅硬度很高，摩擦系數也較小，因此是理想的工具(模具)塗層材料。它們的出現向金剛石作為最硬的材料的地位提出了嚴峻的挑戰。同時在經濟性上也有十分明顯的優勢，因此具有非常好的市場前景。但是，由於還有一些技術問題沒有得到解決，目前暫時還未在工業上得到廣泛應用。

可以想見隨著技術上的進一步成熟，這類材料可能迅速獲得工業化應用。雖然鈉米多層膜和鈉米晶粒復合膜已經對金剛石硬度最高的地位提出了嚴峻的挑戰，但就我所見，我認為它們不可能完全代替金剛石。金剛石膜是一種用途十分廣泛的多功能材料，應用並不局限於超硬材料。且金剛石膜可以做成厚度很大(超過2mm)的自支撐膜，對於納米復合多層膜和納米復合膜來說，是無論如何也不可能的。

僅供參考，請自借鑒

希望對您有幫助

❸ 等離子體增強化學氣相沉積PEVCD的研究現狀

標題：圖抄4銥塗層的化學氣相襲沉積裝置示意圖 Fig.4 Schematic diagram of CVD apparatus for iridium coat-ings
篇名：化學氣相沉積技術與材料制備
說明：80年代中期以來美國國家航空與宇宙航天局(NASA)採用金屬有機化合物化學氣相沉積法(MOCVD)成功制備出錸基銥塗層復合噴管[14~19],化學氣相矯JFD2001

❹ 分析對比激光輔助cvd，光化學氣相沉積，和pecvd的異同點

PVD(Physical Vapor Deposition)，指利用物理過程實現物質轉移，將原子或分子由源轉移到基材表面上的過程。它的作用是可以是某些有特殊性能（強度高、耐磨性、散熱性、耐腐性等）的微粒噴塗在性能較低的母體上，使得母體具有更好的性能。 PVD基本方法：真空蒸發、濺射 、離子鍍（空心陰極離子鍍、熱陰極離子鍍、電弧離子鍍、活性反應離子鍍、射頻離子鍍、直流放電離子鍍）。

PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等離子體增強化學氣相沉積法。藉助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子體化學活性很強，很容易發生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。為了使化學反應能在較低的溫度下進行，利用了等離子體的活性來促進反應，因而這種CVD稱為等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。
不要多想 這樣的提問沒有意義
很多煩惱都是我們自己找的

❺ 幫忙翻譯(不要在線翻譯的)追加高分

首先，聚晶金剛薄膜是依仗高能微波等離子在矽片（100）上的化學氣相沉積技術（10）而產生的。接下來，將鉑金膜沉積到這層菱形薄膜上，並通過其自聚效應（11，12）分離為納米尺寸的微粒並互相重組。然後，這些分散的鉑金微粒扮演了蝕刻過程中防護面具的角色，從而通過氧離子（13）製作出納米結構的鑽石。菱形薄膜完成等離子浸蝕之後，使用王酸將這些鉑金納米顆粒從樣本表面移除。最後，再次通過化學氣相沉積使鑽石再生，從而形成外形美觀，就像三棱鏡一般的鑽石棒狀納米結構，其中每一個都是獨立的晶體。以上一系列程序類似於Ando et al(3)報告中的程序。
圖1顯示了掃描電子顯微鏡（SEM）下的典型的納米棒的圖片。這種單晶菱形棒狀結構的最上層表面與（100）及（110）型鑽石的斷面類似。通過改變某一工序的狀態，例如改變其過生長周期，就可以在20-300nm（納米)范圍內輕松控制頂層刻面的尺寸（按邊緣長度計算）。最上層的（100）型刻面有4個傾斜的（110）型刻面與其相對，而（110）型刻面則被2個傾斜的（100）型刻面和2個（111）型刻面所包圍。
2.2 二氧化鈦薄膜的沉積及結構特徵
如此構成的菱形納米棒被用作我們接下來要介紹的二氧化鈦薄膜進行低能微粒沉積的納米基板。如果有必要，會預先利用直流電的磁控濺射將非晶氧化硅薄膜沉積到納米棒的頂層表面。然後，厚度在20-30nm之間的二氧化鈦薄膜將在室溫（RT）下被沉積到有或沒有氧化硅頂層的菱形納米基板之上。二氧化鈦薄膜沉積需要以下條件：150瓦直流電；1.0103-乇的沉積壓強；8.0-sccm氬氣流量；2.0-sccm氧氣流量；以及一個鈦聚物（純度4-N），並與基板保持70毫米距離。由此產生的二氧化鈦薄膜的沉積速率為每分鍾E6納米。
通過200千伏加速電壓下的透射電子顯微鏡（型號：JEOL JEM-2010CX），我們可以對二氧化鈦薄膜的結晶度和結晶體方位進行研究。在這個過程中，微小的電波以近90度直角射入三菱鏡般的鑽石棒側面，其直徑還不足300納米。

大意差不多,一些專業術語不太懂可能有錯誤,僅供參考吧

❻ 微波等離子體有什麼優勢

微波等離子體有什麼優勢？

等離子體是物質存在的第四態，比氣態能量更高,等離子體是良導體，受磁場影響。 微波是等離子體產生的方法之一，微波等離子體無電極、大體積、運行氣壓寬、低能耗、高效率和低成本等優點，其等離子體發生室和處理室可分合，工藝靈活。

❼ 金剛石膜的類金剛石膜

類金剛石膜 (DLC)是一種與金剛石膜性能相似的新型薄膜材料，它具有較高的硬度，良好的熱傳導率，極低的摩擦系數，優異的電絕緣性能，高的化學穩定性及紅外透光性能。自Asienberg和Chabotv在1979年用離子束沉積法(Ion beam deposition)製得第一片DLC薄膜以來，人們對類金剛石膜的特性、制備方法及其應用領域進行了廣泛和深入的研究，類金剛石膜產品已被廣泛應用到機械、電子、光學和醫學等各個領域。 近年來，DLC膜的制備工藝發展迅速，已經開發出多種制備方法。這些方法大體分為兩大類：物理氣相沉積法和化學氣相沉積法，下面介紹幾種常用方法：
物理氣相沉積(PVD)
(1)濺射法 濺射法是工業生產中常用的薄膜制備方法，又分為直流濺射、射頻濺射、磁控濺射等不同工藝。
①直流濺射
直流濺射又稱二極磁控濺射，是最簡單的濺射方法。其原理是以靶材為陰極，基片為陽極，離子在陰極的吸引下轟擊靶面，濺射出粒子沉積在基片上成膜。直流濺射的優點是簡單方便，對高熔點、低蒸汽壓的元素也適用。缺點是沉積速率低，薄膜中含有較多氣體分子。
②射頻濺射
射頻濺射是利用射頻放電等離子體進行濺射的一類方法。由於射頻濺射所使用的靶材包括導體、半導體和絕緣材料等，因此應用范圍有所增加。其缺點是沉積速率低、荷能離子對薄膜表面有損傷，因而限制了該工藝的廣泛應用。
③磁控濺射
磁控濺射是上世紀七十年代後期發展起來的一種先進工藝，是在真空下電離惰性氣體形成等離子體，氣體離子在靶上附加偏壓的吸引下轟擊靶材，濺射出碳原子並沉積到基片上。它利用交叉電磁場對二次電子的約束作用，使得二次電子與工作氣體的碰撞電離幾率大大增加，提高了等離子體的密度。在相同濺射偏壓下，等離子體的密度增加，濺射率提高，增加了薄膜的沉積速率。而且由於二次電子和工作氣壓的碰撞電離率高，因而可以在較低工作氣壓(10—1～1Pa)和較低濺射電壓下(-500V)產生自持放電。濺射用的惰性氣體一般選擇氬氣(Ar)，因為它的濺射率最高。
(2)離子束沉積
離子束沉積方法的原理是採用氬等離子體濺射石墨靶形成碳離子，並通過電磁場加速使碳離子沉積於基體表面形成類金剛石膜。離子束增強沉積是離子束沉積的改進型，它是通過濺射固體石墨靶形成碳原子並沉積在基體表面，同時用另一離子束轟擊正在生長中的類金剛石膜，通過這種方法提高了薄膜的沉積速率和緻密性，獲得的類金剛石膜在綜合性能方面有很大的提高。該工藝可以獲得具有較好的化學計量比、應力小且附著力高的薄膜，適合在不宜加熱的襯底上制膜。缺點是離子槍的尺寸較小，只能在較小或中等尺寸的基片上沉積薄膜，不適合大量生產。
(3)磁過濾真空弧沉積
這是近年來發展起來的一種新型離子束薄膜制備方法。弧源中的觸發電極和石墨陰極之間產生真空電弧放電，激發出高離化率的碳等離子體，採用磁過濾線圈過濾掉弧源產生的大顆粒和中性原子，可使到達襯底的幾乎全部是碳離子，可以用較高的沉積速率制備出無氫膜，有結果表明採用此技術可以獲得sp3鍵含量高達90%、硬度高達95，的無氫碳膜，其性質與多晶金剛石材料相近。
(4)激光電弧法
用高能激光束射向石墨靶面，蒸發出的碳原子在脈沖電流作用下產生電弧，形成的離子轟擊基體並沉積成膜。激光電弧法的沉積速度高，膜的含氫量低。
化學氣相沉積(CVD)
化學氣相沉積的主要方法有金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)，等離子體輔助化學氣相沉積和激光化學氣相沉積(LCVD)等，而應用最廣的主要是等離子體輔助化學氣相沉積，主要有以下幾種：
(1)直流化學氣相沉積 通過直流輝光放電來分解碳氫氣，從而激發成等離子體。等離子體與基體表面發生相互作用，形成DLC膜。Whitmell等首次報道用甲烷氣體輝光放電產生等離子，在直流陰極板上沉積成膜，但該方法成膜的厚度小，速率低，因此應用相對較少。
(2)射頻化學氣相沉積 通過射頻輝光放電來分解碳氫氣體，再沉積到基體上形成DILC膜。射頻化學氣相沉積又分為感應圈式和平行板電容耦合式：感應圈式沉積速率小，膜層質量較差，因此應用較少。平行板電容耦合式是通過射頻輝光放電將碳氫氣體分解為CnHm+離子，在負偏壓作用下沉積到基體上形成DLC，具有低壓下生成的薄膜厚度均勻、生產效率高、沉積速率高、穩定性好、可調性和重復性好等特點。
(3)微波等離子體化學氣相沉積 微波能量通過共振耦合給電子，獲得能量的電子與工作氣體分子發生非彈性碰撞，使工作氣體電離從而產生等離子體。採用該工藝可以高速率地獲得高純度的反應物質(特別是有高化學活性的反應物質)，減少高能離子對沉積物質或基體表面的損傷，提高反應物質的反應活性；可以控制參加反應的粒子的能量，獲得其他方法難以得到的高能亞穩定相結構。
近年來，出現了高沉積速率和大沉積面積的雙源法，如①雙射頻輝光放電。與射頻輝光放電相比，雙射頻的離化率和沉積速率更高，制備的膜層緻密、壓應力低。②微波一射頻。該方法無氣體污染及電極腐蝕，可以制備高質量薄膜，但沉積速率較低，設備昂貴，成本較高。③射頻一直流輝光放電。它在射頻輝光放電的基礎上增加一直流電源，從而能在很大范圍內調節轟擊離子的能量，因此沉積速率較快，獲得的薄膜質量高。 機械性能及應用
由於類金剛石膜具有高硬度、高耐磨性和低摩擦因數，因此適用於軸承、齒輪等易損機件的抗磨損鍍層，尤其適合作為工具表面的耐磨塗層，可顯著提高其壽命。如在印製電路板上鑽孔的微型硬質合金鑽頭上鍍膜後可在提高鑽削速度50%的情況下，提高鑽頭壽命5倍。在鍍鋅鋼板的深沖模具上沉積了摻W的DLC膜後可以不用潤滑劑，經同樣次數的深沖後工件的表面質量仍明顯優於未鍍膜模具所沖工件。在製造易拉罐時，用高速鋼模具對鋁板沖壓，若無保護膜，只沖壓幾次工件的孔邊就出現毛刺，而鍍上膜後沖壓5000次也不會出現毛刺。近年來更通過在膜中摻入雜質離子或制備梯度膜、復合膜、多層膜等進一步改善薄膜的摩擦、磨損性能。有研究表明，在膜中摻入適量Ti，膜的摩擦系數由未摻雜時的約0.20下降到約0.03。在鋼襯底上制備Ti/Ti C的DLC梯度膜，其硬度達60～70 GPa，摩擦系數得到改善，耐磨性能也顯著增強。
隨著個人計算機的廣泛普及，對硬碟和磁頭等存儲介質的性能要求也越來越高。將磁碟、磁頭或磁帶表面塗覆很薄的DLC膜，不僅可以極大地減小摩擦磨損和防止機械劃傷，提高各類磁記錄介質的使用壽命，而且由於膜層具有良好的化學惰性，可以使抗氧化性提高、穩定性增強。
電學性能及應用
近年來，類金剛石膜在微電子領域的應用逐漸成為熱點。由於類金剛石膜較低的介電常數以及容易在大的基底上成膜的特點，可望代替Si0，成為下一代集成電路的介質材料。類金剛石膜具有良好的化學穩定性，因而發射電流穩定，且不污染其他元器件；膜的表面平整光滑，電子發射均勻，並且具有負的電子親和勢、相對較低的有效功函數和禁帶寬度，在較低的外電場作用下能產生較大的發射電流，因此可以在平板顯示器中得到應用。
光學性能及應用
類金剛石膜具有良好的光學特性，比如良好的光學透明度、寬的光學帶隙，其折射率的大致范圍為1.8～2.5，光學帶隙的范圍為O.5～4，特別是在紅外和微波頻段的透過性和光學折射率都很高，可作為鍺光學鏡片上和硅太陽能電池上的減反射膜和保護層，在紅外光學透鏡上鍍制類金剛石膜可以起到增透和保護作用，也可將類金剛石膜鍍在航天器或其它光學儀器上作窗口。
生物相容性及醫學上的應用
由於類金剛石膜具有良好的耐磨性、化學穩定性和生物相容性，將類金剛石膜沉積在人工關節表面，其抗磨損性能可以和鍍陶瓷和金屬的製品相比；在鈦合金或不銹鋼製成的人工心臟瓣膜上沉積類金剛石膜能同時滿足機械性能、耐腐蝕性能和生物相容性要求，從而增加了這些醫學部件的使用壽命。利用DLC薄膜表面能小、不潤濕的特點，美國ART公司通過在DLC膜內摻人Si0，網狀物、過渡金屬元素以調節其導電性，生產出不粘肉的高頻手術刀推向市場，明顯改善了醫務人員的工作條件。雖然類金剛石膜以其優異的性質在生物醫學材料領域有廣泛的應用前景，但目前這方面研究工作開展得相當有限，仍需作更進一步的深入研究。

❽ MPCVD裝置是什麼

mpcvd即Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition的單詞縮寫，中文意思為微波等離子體化學氣相沉積。mpcvd裝置是用來批量生長單晶、多晶金剛石的一種設備。

❾ 等離子體工藝具備什麼樣的優勢

科學研究來表明微波等離子體具有自無電極、大面（體）積、低能耗、高效率和低成本等多種優點，比之其它電激勵類型的等離子體有更高的活性。微波等離子體的運行氣壓很寬，從10-3Pa（微波ECR等離子體）到超過大氣壓（微波等離子體炬）。並且裝置的等離子體發生室和處理室可分可合，工藝的靈活性大。無電極放電避免了等離子體對處理物的損傷。所以微波等離子體有著廣泛的應用，特別適用於新材料（包括薄膜，纖維，粉末以及高性能復合材料等）的制備，金屬製品的表面強化和防腐蝕，紡織品的後整理，高聚物聚合及其表面改性，微電子器件及高功率電子器件和光電子器件的製造，納米材料的制備和器件的開發，高效照明光源和紫外光源的開發，有毒有害氣體的分解凈化及其它三廢處理等多個工業技術領域。例如微電子器件的等離子體加工工藝絕大部分都是用微波等離子體設備來實現的。光學級和微電子級的金剛石薄膜通常也是用微波等離子體化學氣相沉積工藝來制備的。光纖的製造和平面光波導器件加工也是用微波等離子體技術來實現的。等等。微波等離子體在高技術產品的等離子體加工技術中將越來越起到主導作用。
----優普萊等離子體

❿ CVD法和HTHP法合成鑽石的區別是什麼

CVD法是使用化學氣相沉積法,通過吸附作用和熱分離出氣態物質中的原子和分子讓碳離子附著生長，形成鑽石晶體。上海沃爾德鑽石並擁有國內少有的——自然生長的平面黑鑽石，放大黑鑽外部火彩，顛覆黑鑽之美，將色彩美學與愛充分融入鑽石，滿足不同的個性化消費需求.