微波等离子体化学气相沉积

❶ 微波等离子体化学气象沉积的工作原理

CVD法制备金刚石膜的工艺已经开发出很多种，其中主要有：热丝法（Hot Filament CVD, 简称HFCVD）[1]、微波法（Microwave Plasma CVD, 简称MPCVD）[2]、直流等离子体炬法（DC Plasma-jet CVD）[3]和氧-乙炔燃烧火焰法（Oxy-acetylene Combustion Flame）[4]。其中，微波法是用电磁波能量来激发反应气体。由于是无极放电，等离子体纯净，同时微波的放电区集中而不扩展，能激活产生各种原子基团如原子氢等，产生的离子的最大动能低，不会腐蚀已生成的金刚石。与热丝法相比，避免了热丝法中因热金属丝蒸发而对金刚石膜的污染[5]以及热金属丝对强腐蚀性气体如高浓度氧、卤素气体等十分敏感等缺点，使得在工艺中能够使用的反应气体的种类比HFCVD中多许多；与直流等离子体炬相比，微波功率调节连续平缓，使得沉积温度可连续稳定变化，克服了直流电弧法中因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的巨大热冲击而造成在DC plasma-jet CVD中金刚石膜很容易从基片上脱落[6]；通过对MPCVD沉积反应室结构的结构调整，可以在沉积腔中产生大面积而又稳定的等离子体球，因而有利于大面积、均匀地沉积金刚石膜，这一点又是火焰法所难以达到的[7]，因而微波等离子体法制备金刚石膜的优越性在所有制备法中显得十分的突出

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❷ 机械设计毕业设计开题报告

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超硬材料薄膜涂层研究进展及应用

摘要：CVD和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬质薄膜涂层材料已经在工具、模具、装饰等行业得到日益广泛的应用，但仍然不能满足许多难加工材料，如高硅铝合金，各种有色金属及其合金，工程塑料，非金属材料，陶瓷，复合材料(特别是金属基和陶瓷基复合材料)等加工要求。正是这种客观需求导致了诸如金刚石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及纳米复合膜等新型超硬薄膜材料的研究进展。本文对这些超硬材料薄膜的研究现状及工业化应用前景进行了简要的介绍和评述。
关键词：超硬材料薄膜；研究进展；工业化应用
1 超硬薄膜

超硬薄膜是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜。不久以前还只有金刚石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能够达到这个标准，前者的硬度为50-100GPa(与晶体取向有关)，后者的硬度为50～80GPa。类金刚石膜(DLC)的硬度范围视制备方法和工艺不同可在10GPa～60GPa的宽广范围内变动。因此一些硬度很高的类金刚石膜(如采用真空磁过滤电弧离子镀技术制备的类金刚石膜(也叫Ta：C))也可归人超硬薄膜行列。近年来出现的碳氮膜(CNx)虽然没有像Cohen等预测的晶态β-C3N4那样超过金刚石的硬度，但已有的研究结果表明其硬度可达10GPa～50GPa，因此也归人超硬薄膜一类。上述几种超硬薄膜材料具有一个相同的特征，他们的禁带宽度都很大，都具有优秀的半导体性质，因此也叫做宽禁带半导体薄膜。SiC和GaN薄膜也是优秀的宽禁带半导体材料，但它们的硬度都低于40GPa，因此不属于超硬薄膜。

最近出现的一类超硬薄膜材料与上述宽禁带半导体薄膜完全不同，他们是由纳米厚度的普通的硬质薄膜组成的多层膜材料。尽管每一层薄膜的硬度都没有达到超硬的标准，但由它们组成的纳米复合多层膜却显示了超硬的特性。此外，由纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高达105GPa，创纪录地达到了金刚石的硬度。

本文将就上述几种超硬薄膜材料一一进行简略介绍，并对其工业化应用前景进行评述。

2 金刚石膜

2．1金刚石膜的性质
金刚石膜从20世纪80年代初开始，一直受到世界各国的广泛重视，并曾于20世纪80年代中叶至90年代末形成了一个全球范围的研究热潮(Diamond fever)。这是因为金刚石除具有无与伦比的高硬度和高弹性模量之外，还具有极其优异的电学(电子学)、光学、热学、声学、电化学性能(见表1)和极佳的化学稳定性。大颗粒天然金刚石单晶(钻石)在自然界中十分稀少，价格极其昂贵。而采用高温高压方法人工合成的工业金刚石大都是粒度较小的粉末状的产品，只能用作磨料和工具(包括金刚石烧结体和聚晶金刚石(PCD)制品)。而采用化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石膜则提供了利用金刚石所有优异物理化学性能的可能性。经过20余年的努力，化学气相沉积金刚石膜已经在几乎所有的物理化学性质方面和最高质量的IIa型天然金刚石晶体(宝石级)相比美(见表1)。化学气相沉积金刚石膜的研究已经进人工业化应用阶段。

表 1 金刚石膜的性质
Table 1 Properties of chamond film

CVD 金刚石膜
天然金刚石

点阵常数 (Å)
3.567
3.567

密度 (g/cm3)
3.51
3.515

比热 Cp(J/mol,(at 300K))
6.195
6.195

弹性模量 (GPa)
910-1250
1220*

硬度 (GPa)
50-100
57-100*

纵波声速 (m/s)

18200

摩擦系数
0.05-0.15
0.05-0.15

热膨胀系数 (×10 -6 ℃ -1)
2.0
1.1***

热导率 (W/cm.k)
21
22*

禁带宽度 (eV)
5.45
5.45

电阻率 (Ω.cm)
1012-1016
1016

饱和电子速度 (×107cms-1)
2.7
2.7*

载流子迁移率 (cm2/Vs)

电子
1350-1500
2200**

空隙
480
1600*

击穿场强 (×105V/cm)

100

介电常数
5.6
5.5

光学吸收边 (□ m)

0.22

折射率 (10.6 □ m)
2.34-2.42
2.42

光学透过范围
从紫外直至远红外 ( 雷达波 )
从紫外直至远红外 ( 雷达波 )

微波介电损耗 (tan □)
＜ 0.0001

注:*在所有已知物质中占第一,**在所有物质中占第二,***与茵瓦(Invar)合金相当。

2．2金刚石膜的制备方法

化学气相沉积金刚石所依据的化学反应基于碳氢化合物(如甲烷)的裂解，如：
热高温、等离子体
CH4(g)一C(diamond)+2H2(g) (1)

实际的沉积过程非常复杂，至今尚未完全明了。但金刚石膜沉积至少需要两个必要的条件：(1)含碳气源的活化；(2)在沉积气氛中存在足够数量的原子氢。除甲烷外，还可采用大量其它含碳物质作为沉积金刚石膜的前驱体，如脂肪族和芳香族碳氢化合物，乙醇，酮，以及固态聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及卤素等等。

常用的沉积方法有四种：(1)热丝CVD；(2)微波等离子体CVD；(3)直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃烧火焰沉积。在这几种沉积方法中，改进的热丝CVD(EACVD)设备和工艺比较简单，稳定性较好，易于放大，比较适合于金刚石自支撑膜的工业化生产。但由于易受灯丝污染和气体活化温度较低的原因，不适合于极高质量金刚石膜(如光学级金刚石膜)的制备。微波等离子体CVD是一种无电极放电的等离子体增强化学气相沉积工艺，等离子体与沉积腔体没有接触，放电非常稳定，因此特别适合于高质量金刚石薄膜(涂层)的制备。微波等离子体CVD的缺点是沉积速率较低，设备昂贵，制备成本较高。采用高功率微波等离子体CVD系统(目前国外设备最高功率为75千瓦，国内为5千瓦)，也可实现金刚石膜大面积、高质量、高速沉积。但高功率设备价格极其昂贵(超过100万美元)，即使在国外愿意出此天价购买这种设备的人也不多。直流电弧等离子体喷射(DC Arc P1asma Jet)是一种金刚石膜高速沉积方法。由于电弧等离子体能够达到非常高的温度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉积方法都要高的原子氢浓度，使其成为一种金刚石膜高质量高速沉积工艺。特殊设计的高功率JET可以实现大面积极高质量(光学级)金刚石自支撑膜的高速沉积。我国在863计划"75”和"95”重大关键技术项目的支持下已经建立具有我国特色和独立知识产权的高功率De Are Plasma Jet金刚石膜沉积系统，并于1997年底在大面积光学级金刚石膜的制备技术方面取得了突破性进展。目前已接近国外先进水平。

2．3金刚石膜研究现状和工业化应用
20余年来，CVD金刚石膜研究已经取得了非常大的进展。金刚石膜的内在质量已经全面达到最高质量的天然IIa型金刚石单晶的水平(见表1)。在金刚石膜工具应用和热学应用(热沉)方面已经实现了，产业化，一些新型的金刚石膜高技术企业已经在国内外开始出现。光学(主要是军事光学)应用已经接近产业化应用水平。金刚石膜场发射和真空微电子器件、声表面波器件(SAW)、抗辐射电子器件(如SOD器件)、一些基于金刚石膜的探侧器和传感器和金刚石膜的电化学应用等已经接近实用化。由于大面积单晶异质外延一直没有取得实质性进展，n一型掺杂也依然不够理想，金刚石膜的高温半导体器件的研发受到严重障碍。但是，近年来采用大尺寸高温高压合成金刚石单晶衬底的金刚石同质外延技术取得了显著进展，已经达到了研制芯片级尺寸衬底的要求。金刚石高温半导体芯片即将问世。

鉴于篇幅限制，及本文关于超硬薄膜介绍的宗旨，下面将仅对金刚石膜的工具(摩擦磨损)应用进行简要介绍。

2．4金刚石膜工具和摩擦磨损应用
金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低摩擦系数、很高的机械强度和良好化学稳定性的异性能组合(见表1)使其成为最理想的工具和工具涂层材料。
金刚石膜工具可分为金刚石厚膜工具和金刚石薄膜涂层工具。

2．4．1金刚石厚膜工具
金刚石厚膜工具采用无衬底金刚石白支撑膜(厚度一般为0．5mm～2mm)作为原材料。目前已经上市的产品有：金刚石厚膜焊接工具、金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜砂轮修整条、高精度金刚石膜轴承支架等等。

金刚石厚膜焊接工具的制作工艺为：金刚石自支撑膜沉积→激光切割→真空钎焊→高频焊接→精整。金刚石厚膜钎焊工具的使用性能远远优于PCD，可用于各种难加工材料，包括高硅铝合金和各种有色金属及合金、复合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金属材料等的高效、精密加工。采用金刚石厚膜工具车削加工的高硅铝合金表面光洁度可达V12以上，可代替昂贵的天然金刚石刀具进行“镜面加工"。金刚石膜拉丝模芯可用于拉制各种有色金属和不锈钢丝，由于金刚石膜是准各向同性的，因此在拉丝时模孔的磨损基本上是均匀的，不像天然金刚石拉丝模芯那样模孔的形状会由于非均匀磨损(各向异性所致)而发生畸变。金刚石膜修整条则广泛用于机械制造行业，用作精密磨削砂轮的修整，代替价格昂贵的天然金刚石修整条。这些产品已经在国内外市场上出现，但目前的规模还不大。其原因是：(1)还没有为广大用户所熟悉、了解；(2)面临其它产品(主要是PCD)的竞争；(3)虽然比天然金刚石产品便宜，但成本(包括金刚石自支撑膜的制备和加工成本)仍然较高，在和PCD竞争时的优势受到一定的限制。

高热导率(≥10W／em．K)金刚石自支撑膜可作为诸如高功率激光二极管阵列、高功率微波器件、MCMs(多芯片三维集成)技术的散热片(热沉)和功率半导体器件(Power ICs)的封装。在国外已有一定市场规模。

在国内，南京天地集团公司和北京人工晶体研究所合作在1997年前后率先成立了北京天地金刚石公司，生产和销售金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜修整条和金刚石厚膜焊接工具及其它一些金刚石膜产品。该公司大约在2000年左右渡过了盈亏平衡点，但目前的规模仍然不很大。国内其它一些单位，如北京科技大学、河北省科学院(北京科技大学的合作者)、吉林大学、核工业部九院、浙江大学、湖南大学等都具有生产金刚石厚膜工具产品的能力，其中有些单位正在国内市场上小批量销售其产品。

2．4．2金刚石薄膜涂层工具
金刚石薄膜涂层工具一般采用硬质合金工具作为衬底，金刚石膜涂层的厚度一般小于30lxm。金刚石薄膜涂层硬质合金工具的加工材料范围和金刚石厚膜工具完全相同，在切削高硅铝合金时一般均比未涂层硬质合金工具寿命提高lO～20倍左右。在切削复合材料等极难加工材料时寿命提高幅度更大。金刚石薄膜涂层工具的性能与PCD相当或略高于PCD，但制备成本比PCD低得多，且金刚石薄膜可以在几乎任意形状的工具衬底上沉积，PCD则只能制作简单形状的工具。金刚石薄膜涂层工具的另一大优点是可以大批量生产，因此成本很低，具有非常好的市场竞争能力。

金刚石薄膜涂层硬质合金工具研发的一大技术障碍是金刚石膜与硬质合金的结合力太差。这主要是由于作为硬质合金粘接剂的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金刚石在Co上形核孕育期很长，同时Co对于石墨的形成有明显的促进作用，因此金刚石是在表面上形成的石墨层上面形核和生长，导致金刚石膜和硬质合金衬底的结合力极差。在20世纪80年代和90年代无数研究者曾为此尝试了几乎一切可以想到的办法，今天，金刚石膜与硬质合金工具衬底结合力差的问题已经基本解决。尽管仍有继续提高的余地，但已经可以满足工业化应用的要求。在20世纪后期，国外出现了可以用于金刚石薄膜涂层工具大批量工业化生产的设备，一次可以沉积数百只硬质合金钻头或刀片，拉开了金刚石薄膜涂层工具产业化的序幕。一些专门从事金刚石膜涂层工具生产的公司在国外相继出现。

目前，金刚石薄膜涂层工具主要上市产品包括：金刚石膜涂层硬质合金车刀、铣刀、麻花钻头、端铣刀等等。从目前国外市场的销售情况来看，销售量最大的是端铣刀、钻头和铣刀。大量用于加工复合材料和汽车工业中广泛应用的大型石墨模具，以及其它难加工材料的加工。可转位金刚石膜涂层车刀的销售情况目前并不理想。这是因为可转位金刚石膜涂层刀片的市场主要是现代化汽车工业的数控加工中心，用于高硅铝合金活塞和轮毂等的自动化加工。这些全自动化的数控加工中心对刀具性能重复性的要求十分严格，目前的金刚石膜涂层工具暂时还不能满足要求，需要进一步解决产品检验和生产过程质量监控的技术。

目前国外金刚石膜涂层工具市场规模大约在数亿美元左右，仅仅一家只有20多人的小公司(美国SP3公司)，去年的销售额就达2千多万美元。

国内目前尚无金刚石膜涂层产品上市。国内不少单位，如北京科技大学、上海交大、广东有色院、胜利油田东营迪孚公司、吉林大学、北京天地金刚石公司等都在进行金刚石膜涂层硬质合金工具的研发，目前已在金刚石膜的结合力方面取得实质性进展。北京科技大学采用渗硼预处理工艺(已申请专利)成功地解决了金刚石膜的结合力问题，所研制的金刚石膜涂层车刀和铣刀在加工Si-12％AI合金时寿命可稳定提高20-30倍。并已成功研发出“强电流直流扩展电弧等离子体CVD"金刚石膜涂层设备(已申请专利)。该设备将通常金刚石膜沉积设备的平面沉积方式改为立体(空间)沉积，沉积空间区域很大，可容许金刚石膜涂层工具的工业化生产。该设备可保证在工具轴向提供很大的金刚石膜均匀沉积范围，因此特别适合于麻花钻头、端铣刀之类细长且形状复杂工具的沉积。目前已经解决这类工具金刚石膜沉积技术问题，所制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头在加工碳化硅增强铝金属基复合材料时寿命提高20倍以上。目前能够制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头最小直径为lmin。目前正在和国内知名设备制造厂商(北京长城钛金公司)合作研发工业化商品设备，生产能力为每次沉积硬质合金钻头(或刀片)300只以上，预计年内可投放国内外市场。
3 类金刚石膜(DLC)

类金刚石膜(DLC)是一大类在性质上和金刚石类似，具有8p2和sp3杂化的碳原子空间网络结构的非晶碳膜。依据制备方法和工艺的不同，DLC的性质可以在非常大的范围内变化，既有可能非常类似于金刚石，也有可能非常类似于石墨。其硬度、弹性模量、带隙宽度、光学透过特性、电阻率等等都可以依据需要进行“剪裁”。这一特性使DLC深受研究者和应用部门的欢迎。

DLC的制备方法很多，采用射频CVD、磁控溅射、激光淀积(PLD)、离子束溅射、真空磁过滤电弧离子镀、微波等离子体CVD、ECR(电子回旋共振)CVD等等都可以制备DLC。

DLC的类型也很多，通常意义上的DLC含有大量的氢，因此也叫a：C—H。但也可制备基本上不含氢的DLC，叫做a：c。采用高能激光束烧蚀石墨靶的方法获得的DLC具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和较大的带隙宽度，曾被称为“非晶金刚石”(Amorphorie Diamond)膜。采用真空磁过滤电弧离子镀方法制备的DLC中sp3含量也很高，叫做Ta：C(Tetragonally Bonded Amorphous Carbon)。

DLC具有类似于金刚石的高硬度(10GPa-50GPa)、低摩擦系数(0．1一0．3)、可调的带隙宽度(1_2eV～3eV)、可调的电阻率和折射率、良好光学透过性(在厚度很小的情况下)、良好的化学惰性和生物相容性。且沉积温度很低(可在室温沉积)，可在许多金刚石膜难以沉积的衬底材料(包括钢铁)上沉积。因此应用范围相当广泛。典型的应用包括：高速钢、硬质合金等工具的硬质涂层、硬磁盘保护膜、磁头保护膜、高速精密零部件耐磨减摩涂层、红外光学元器件(透镜和窗口)的抗划伤、耐磨损保护膜、Ge透镜和窗口的增透膜、眼镜和手表表壳的抗擦伤、耐磨掼保护膜、人体植入材料的保护膜等等。

DLC在技术上已经成熟，在国外已经达到半工业化水平，形成具有一定规模的产业。深圳雷地公司在DLC的产业化应用方面走在国内前列。不少单位，如北京师范大学、中科院上海冶金所、北京科技大学、清华大学、广州有色院、四川大学等都正在进行或曾经进行过DLC的研究和应用开发工作。
DLC的主要缺点是：(1)内应力很大，因此厚度受到限制，一般只能达到lum～21um以下；(2)热稳定性较差，含氢的a：C-H薄膜中的氢在400℃左右就会逐渐逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大约500℃以上就会转变为石墨。

5 碳氮膜

自从Cohen等人在20世纪90年代初预言在C-N体系中可能存在硬度可能超过金刚石的β-C>3N4相以后，立即就在全球范围内掀起了一股合成β-C3N4的研究狂潮。国内外的研究者争先恐后，企图第一个合成出纯相的β-C3N4晶体或晶态薄膜。但是，经过了十余年的努力，至今并无任何人达到上述目标。在绝大多数情况下，得到的都是一种非晶态的CNx薄膜，膜中N／C比与薄膜制备的方法和具体工艺有关。尽管没有得到Cohen等人所预测超过金刚石硬度的β-C3N4晶体，但已有的研究表明CNx薄膜的硬度可达15GPa-50GPa，可与DLC相比拟。同时CNx薄膜具有十分奇特的摩擦磨损特性。在空气中，cNx薄膜的摩擦因数为O.2-O.4，但在N2，CO2和真空中的摩擦因数为O.01-O.1。在N2气氛中的摩擦因数最小，为O．01，即使在大气环境中向实验区域吹氮气，也可将摩擦因数降至0.017。因此，CNx薄膜有望在摩擦磨损领域获得实际应用。除此之外。CNx薄膜在光学、热学和电子学方面也可能有很好的应用前景。

采用反应磁控溅射、离子束淀积、双离子束溅射、激光束淀积(PLD)、等离子体辅助CVD和离子注人等方法都可以制备出CNx薄膜。在绝大多数情况下，所制备薄膜都是非晶态的，N／C比最大为45％，也即CNx总是富碳的。与C-BN的情况类似，CNx薄膜的制备需要离子的轰击，薄膜中存在很大的内应力，需要进一步降低薄膜内应力，提高薄膜的结合力才能获得实际应用。至于是否真正能够获得硬度超过金刚石的B-C3N4，现在还不能作任何结论。

6 纳米复合膜和纳米复合多层膜

以纳米厚度薄膜交替沉积获得的纳米复合膜的硬度与每层薄膜的厚度(调制周期)有关，有可能高于每一种组成薄膜的硬度。例如，TiN的硬度为2l GPa，NbN的硬度仅为14GPa，但TiN／NbN纳米复合多层膜的硬度却为5lGPa。而TiYN／VN纳米复合多层膜的硬度竞高达78GPa，接近了金刚石的硬度。最近，纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜材料的硬度达到了创记录的105GPa，可以说完全达到了金刚石的硬度。这一令人惊异的结果曾经过同一研究组的不同研究者和不同研究组的反复重复验证，证明无误。这可能是第一次获得硬度可与金刚石相比拟的超硬薄膜材料。其意义是显而易见的。

关于为何能够获得金刚石硬度的解释并无完全令人信服的定论。有人认为在纳米多层复合膜的情况下，纳米多层膜的界面有效地阻止了位错的滑移，使裂纹难以扩展，从而引起硬度的反常升高。而在纳米晶粒复合膜的情况下则可能是在TiN薄膜的纳米晶粒晶界和高度弥散分布的纳米共格SiNx粒子周围的应变场所引起的强化效应导致硬度的急剧升高。

无论上述的理论解释是否完全合理，这种纳米复合多层膜和纳米晶粒复合膜应用前景是十分明朗的。纳米复合多层膜不仅硬度很高，摩擦系数也较小，因此是理想的工具(模具)涂层材料。它们的出现向金刚石作为最硬的材料的地位提出了严峻的挑战。同时在经济性上也有十分明显的优势，因此具有非常好的市场前景。但是，由于还有一些技术问题没有得到解决，目前暂时还未在工业上得到广泛应用。

可以想见随着技术上的进一步成熟，这类材料可能迅速获得工业化应用。虽然钠米多层膜和钠米晶粒复合膜已经对金刚石硬度最高的地位提出了严峻的挑战，但就我所见，我认为它们不可能完全代替金刚石。金刚石膜是一种用途十分广泛的多功能材料，应用并不局限于超硬材料。且金刚石膜可以做成厚度很大(超过2mm)的自支撑膜，对于纳米复合多层膜和纳米复合膜来说，是无论如何也不可能的。

仅供参考，请自借鉴

希望对您有帮助

❸ 等离子体增强化学气相沉积PEVCD的研究现状

标题：图抄4铱涂层的化学气相袭沉积装置示意图 Fig.4 Schematic diagram of CVD apparatus for iridium coat-ings
篇名：化学气相沉积技术与材料制备
说明：80年代中期以来美国国家航空与宇宙航天局(NASA)采用金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD)成功制备出铼基铱涂层复合喷管[14~19],化学气相矫JFD2001

❹ 分析对比激光辅助cvd，光化学气相沉积，和pecvd的异同点

PVD(Physical Vapor Deposition)，指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。它的作用是可以是某些有特殊性能（强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等）的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。 PVD基本方法：真空蒸发、溅射 、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀）。

PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法。借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。
不要多想 这样的提问没有意义
很多烦恼都是我们自己找的

❺ 帮忙翻译(不要在线翻译的)追加高分

首先，聚晶金刚薄膜是依仗高能微波等离子在硅片（100）上的化学气相沉积技术（10）而产生的。接下来，将铂金膜沉积到这层菱形薄膜上，并通过其自聚效应（11，12）分离为纳米尺寸的微粒并互相重组。然后，这些分散的铂金微粒扮演了蚀刻过程中防护面具的角色，从而通过氧离子（13）制作出纳米结构的钻石。菱形薄膜完成等离子浸蚀之后，使用王酸将这些铂金纳米颗粒从样本表面移除。最后，再次通过化学气相沉积使钻石再生，从而形成外形美观，就像三棱镜一般的钻石棒状纳米结构，其中每一个都是独立的晶体。以上一系列程序类似于Ando et al(3)报告中的程序。
图1显示了扫描电子显微镜（SEM）下的典型的纳米棒的图片。这种单晶菱形棒状结构的最上层表面与（100）及（110）型钻石的断面类似。通过改变某一工序的状态，例如改变其过生长周期，就可以在20-300nm（纳米)范围内轻松控制顶层刻面的尺寸（按边缘长度计算）。最上层的（100）型刻面有4个倾斜的（110）型刻面与其相对，而（110）型刻面则被2个倾斜的（100）型刻面和2个（111）型刻面所包围。
2.2 二氧化钛薄膜的沉积及结构特征
如此构成的菱形纳米棒被用作我们接下来要介绍的二氧化钛薄膜进行低能微粒沉积的纳米基板。如果有必要，会预先利用直流电的磁控溅射将非晶氧化硅薄膜沉积到纳米棒的顶层表面。然后，厚度在20-30nm之间的二氧化钛薄膜将在室温（RT）下被沉积到有或没有氧化硅顶层的菱形纳米基板之上。二氧化钛薄膜沉积需要以下条件：150瓦直流电；1.0103-乇的沉积压强；8.0-sccm氩气流量；2.0-sccm氧气流量；以及一个钛聚物（纯度4-N），并与基板保持70毫米距离。由此产生的二氧化钛薄膜的沉积速率为每分钟E6纳米。
通过200千伏加速电压下的透射电子显微镜（型号：JEOL JEM-2010CX），我们可以对二氧化钛薄膜的结晶度和结晶体方位进行研究。在这个过程中，微小的电波以近90度直角射入三菱镜般的钻石棒侧面，其直径还不足300纳米。

大意差不多,一些专业术语不太懂可能有错误,仅供参考吧

❻ 微波等离子体有什么优势

微波等离子体有什么优势？

等离子体是物质存在的第四态，比气态能量更高,等离子体是良导体，受磁场影响。 微波是等离子体产生的方法之一，微波等离子体无电极、大体积、运行气压宽、低能耗、高效率和低成本等优点，其等离子体发生室和处理室可分合，工艺灵活。

❼ 金刚石膜的类金刚石膜

类金刚石膜 (DLC)是一种与金刚石膜性能相似的新型薄膜材料，它具有较高的硬度，良好的热传导率，极低的摩擦系数，优异的电绝缘性能，高的化学稳定性及红外透光性能。自Asienberg和Chabotv在1979年用离子束沉积法(Ion beam deposition)制得第一片DLC薄膜以来，人们对类金刚石膜的特性、制备方法及其应用领域进行了广泛和深入的研究，类金刚石膜产品已被广泛应用到机械、电子、光学和医学等各个领域。 近年来，DLC膜的制备工艺发展迅速，已经开发出多种制备方法。这些方法大体分为两大类：物理气相沉积法和化学气相沉积法，下面介绍几种常用方法：
物理气相沉积(PVD)
(1)溅射法 溅射法是工业生产中常用的薄膜制备方法，又分为直流溅射、射频溅射、磁控溅射等不同工艺。
①直流溅射
直流溅射又称二极磁控溅射，是最简单的溅射方法。其原理是以靶材为阴极，基片为阳极，离子在阴极的吸引下轰击靶面，溅射出粒子沉积在基片上成膜。直流溅射的优点是简单方便，对高熔点、低蒸汽压的元素也适用。缺点是沉积速率低，薄膜中含有较多气体分子。
②射频溅射
射频溅射是利用射频放电等离子体进行溅射的一类方法。由于射频溅射所使用的靶材包括导体、半导体和绝缘材料等，因此应用范围有所增加。其缺点是沉积速率低、荷能离子对薄膜表面有损伤，因而限制了该工艺的广泛应用。
③磁控溅射
磁控溅射是上世纪七十年代后期发展起来的一种先进工艺，是在真空下电离惰性气体形成等离子体，气体离子在靶上附加偏压的吸引下轰击靶材，溅射出碳原子并沉积到基片上。它利用交叉电磁场对二次电子的约束作用，使得二次电子与工作气体的碰撞电离几率大大增加，提高了等离子体的密度。在相同溅射偏压下，等离子体的密度增加，溅射率提高，增加了薄膜的沉积速率。而且由于二次电子和工作气压的碰撞电离率高，因而可以在较低工作气压(10—1～1Pa)和较低溅射电压下(-500V)产生自持放电。溅射用的惰性气体一般选择氩气(Ar)，因为它的溅射率最高。
(2)离子束沉积
离子束沉积方法的原理是采用氩等离子体溅射石墨靶形成碳离子，并通过电磁场加速使碳离子沉积于基体表面形成类金刚石膜。离子束增强沉积是离子束沉积的改进型，它是通过溅射固体石墨靶形成碳原子并沉积在基体表面，同时用另一离子束轰击正在生长中的类金刚石膜，通过这种方法提高了薄膜的沉积速率和致密性，获得的类金刚石膜在综合性能方面有很大的提高。该工艺可以获得具有较好的化学计量比、应力小且附着力高的薄膜，适合在不宜加热的衬底上制膜。缺点是离子枪的尺寸较小，只能在较小或中等尺寸的基片上沉积薄膜，不适合大量生产。
(3)磁过滤真空弧沉积
这是近年来发展起来的一种新型离子束薄膜制备方法。弧源中的触发电极和石墨阴极之间产生真空电弧放电，激发出高离化率的碳等离子体，采用磁过滤线圈过滤掉弧源产生的大颗粒和中性原子，可使到达衬底的几乎全部是碳离子，可以用较高的沉积速率制备出无氢膜，有结果表明采用此技术可以获得sp3键含量高达90%、硬度高达95，的无氢碳膜，其性质与多晶金刚石材料相近。
(4)激光电弧法
用高能激光束射向石墨靶面，蒸发出的碳原子在脉冲电流作用下产生电弧，形成的离子轰击基体并沉积成膜。激光电弧法的沉积速度高，膜的含氢量低。
化学气相沉积(CVD)
化学气相沉积的主要方法有金属有机化学气相沉积(MOCVD)，等离子体辅助化学气相沉积和激光化学气相沉积(LCVD)等，而应用最广的主要是等离子体辅助化学气相沉积，主要有以下几种：
(1)直流化学气相沉积 通过直流辉光放电来分解碳氢气，从而激发成等离子体。等离子体与基体表面发生相互作用，形成DLC膜。Whitmell等首次报道用甲烷气体辉光放电产生等离子，在直流阴极板上沉积成膜，但该方法成膜的厚度小，速率低，因此应用相对较少。
(2)射频化学气相沉积 通过射频辉光放电来分解碳氢气体，再沉积到基体上形成DILC膜。射频化学气相沉积又分为感应圈式和平行板电容耦合式：感应圈式沉积速率小，膜层质量较差，因此应用较少。平行板电容耦合式是通过射频辉光放电将碳氢气体分解为CnHm+离子，在负偏压作用下沉积到基体上形成DLC，具有低压下生成的薄膜厚度均匀、生产效率高、沉积速率高、稳定性好、可调性和重复性好等特点。
(3)微波等离子体化学气相沉积 微波能量通过共振耦合给电子，获得能量的电子与工作气体分子发生非弹性碰撞，使工作气体电离从而产生等离子体。采用该工艺可以高速率地获得高纯度的反应物质(特别是有高化学活性的反应物质)，减少高能离子对沉积物质或基体表面的损伤，提高反应物质的反应活性；可以控制参加反应的粒子的能量，获得其他方法难以得到的高能亚稳定相结构。
近年来，出现了高沉积速率和大沉积面积的双源法，如①双射频辉光放电。与射频辉光放电相比，双射频的离化率和沉积速率更高，制备的膜层致密、压应力低。②微波一射频。该方法无气体污染及电极腐蚀，可以制备高质量薄膜，但沉积速率较低，设备昂贵，成本较高。③射频一直流辉光放电。它在射频辉光放电的基础上增加一直流电源，从而能在很大范围内调节轰击离子的能量，因此沉积速率较快，获得的薄膜质量高。 机械性能及应用
由于类金刚石膜具有高硬度、高耐磨性和低摩擦因数，因此适用于轴承、齿轮等易损机件的抗磨损镀层，尤其适合作为工具表面的耐磨涂层，可显著提高其寿命。如在印制电路板上钻孔的微型硬质合金钻头上镀膜后可在提高钻削速度50%的情况下，提高钻头寿命5倍。在镀锌钢板的深冲模具上沉积了掺W的DLC膜后可以不用润滑剂，经同样次数的深冲后工件的表面质量仍明显优于未镀膜模具所冲工件。在制造易拉罐时，用高速钢模具对铝板冲压，若无保护膜，只冲压几次工件的孔边就出现毛刺，而镀上膜后冲压5000次也不会出现毛刺。近年来更通过在膜中掺入杂质离子或制备梯度膜、复合膜、多层膜等进一步改善薄膜的摩擦、磨损性能。有研究表明，在膜中掺入适量Ti，膜的摩擦系数由未掺杂时的约0.20下降到约0.03。在钢衬底上制备Ti/Ti C的DLC梯度膜，其硬度达60～70 GPa，摩擦系数得到改善，耐磨性能也显著增强。
随着个人计算机的广泛普及，对硬盘和磁头等存储介质的性能要求也越来越高。将磁盘、磁头或磁带表面涂覆很薄的DLC膜，不仅可以极大地减小摩擦磨损和防止机械划伤，提高各类磁记录介质的使用寿命，而且由于膜层具有良好的化学惰性，可以使抗氧化性提高、稳定性增强。
电学性能及应用
近年来，类金刚石膜在微电子领域的应用逐渐成为热点。由于类金刚石膜较低的介电常数以及容易在大的基底上成膜的特点，可望代替Si0，成为下一代集成电路的介质材料。类金刚石膜具有良好的化学稳定性，因而发射电流稳定，且不污染其他元器件；膜的表面平整光滑，电子发射均匀，并且具有负的电子亲和势、相对较低的有效功函数和禁带宽度，在较低的外电场作用下能产生较大的发射电流，因此可以在平板显示器中得到应用。
光学性能及应用
类金刚石膜具有良好的光学特性，比如良好的光学透明度、宽的光学带隙，其折射率的大致范围为1.8～2.5，光学带隙的范围为O.5～4，特别是在红外和微波频段的透过性和光学折射率都很高，可作为锗光学镜片上和硅太阳能电池上的减反射膜和保护层，在红外光学透镜上镀制类金刚石膜可以起到增透和保护作用，也可将类金刚石膜镀在航天器或其它光学仪器上作窗口。
生物相容性及医学上的应用
由于类金刚石膜具有良好的耐磨性、化学稳定性和生物相容性，将类金刚石膜沉积在人工关节表面，其抗磨损性能可以和镀陶瓷和金属的制品相比；在钛合金或不锈钢制成的人工心脏瓣膜上沉积类金刚石膜能同时满足机械性能、耐腐蚀性能和生物相容性要求，从而增加了这些医学部件的使用寿命。利用DLC薄膜表面能小、不润湿的特点，美国ART公司通过在DLC膜内掺人Si0，网状物、过渡金属元素以调节其导电性，生产出不粘肉的高频手术刀推向市场，明显改善了医务人员的工作条件。虽然类金刚石膜以其优异的性质在生物医学材料领域有广泛的应用前景，但目前这方面研究工作开展得相当有限，仍需作更进一步的深入研究。

❽ MPCVD装置是什么

mpcvd即Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition的单词缩写，中文意思为微波等离子体化学气相沉积。mpcvd装置是用来批量生长单晶、多晶金刚石的一种设备。

❾ 等离子体工艺具备什么样的优势

科学研究来表明微波等离子体具有自无电极、大面（体）积、低能耗、高效率和低成本等多种优点，比之其它电激励类型的等离子体有更高的活性。微波等离子体的运行气压很宽，从10-3Pa（微波ECR等离子体）到超过大气压（微波等离子体炬）。并且装置的等离子体发生室和处理室可分可合，工艺的灵活性大。无电极放电避免了等离子体对处理物的损伤。所以微波等离子体有着广泛的应用，特别适用于新材料（包括薄膜，纤维，粉末以及高性能复合材料等）的制备，金属制品的表面强化和防腐蚀，纺织品的后整理，高聚物聚合及其表面改性，微电子器件及高功率电子器件和光电子器件的制造，纳米材料的制备和器件的开发，高效照明光源和紫外光源的开发，有毒有害气体的分解净化及其它三废处理等多个工业技术领域。例如微电子器件的等离子体加工工艺绝大部分都是用微波等离子体设备来实现的。光学级和微电子级的金刚石薄膜通常也是用微波等离子体化学气相沉积工艺来制备的。光纤的制造和平面光波导器件加工也是用微波等离子体技术来实现的。等等。微波等离子体在高技术产品的等离子体加工技术中将越来越起到主导作用。
----优普莱等离子体

❿ CVD法和HTHP法合成钻石的区别是什么

CVD法是使用化学气相沉积法,通过吸附作用和热分离出气态物质中的原子和分子让碳离子附着生长，形成钻石晶体。上海沃尔德钻石并拥有国内少有的——自然生长的平面黑钻石，放大黑钻外部火彩，颠覆黑钻之美，将色彩美学与爱充分融入钻石，满足不同的个性化消费需求.