球面金刚石厚膜制备技术研究

论文摘要

采用直流等离子体喷射化学气相沉积法(DC Arc Plasma Jet CVD,DCPCVD)生长了球面金刚石厚膜,研究了DCPCVD法制备过程中生长工艺参数对高密度成核及膜厚均匀性的影响,为CVD金刚石在窗口材料中的应用提供前期准备。所完成的主要工作如下:1、采用DCPCVD法生长球面金刚石厚膜,成功制备出直径为65mm,球冠高度5mm,膜厚500μm的球面膜;研究了甲烷浓度、基体温度等因素对球面金刚石膜的影响;并对球面金刚石厚膜的生长工艺参数进行初步优化。2、运用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)对球面金刚石厚膜成核密度、表面形貌、成分等进行研究,结果表明制备的金刚石膜具有较高的质量。3、采用FLUENT仿真软件,建立以衬底系统为研究对象的温度场和流场有限元仿真模型,研究衬底温度场和流场对球面金刚石膜的影响。4、提出对现有设备基体部分进行改进的方案,以提高制备球面金刚石厚膜的质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的背景和意义
• 1.1.1 CVD 金刚石膜的性能与应用
• 1.1.2 CVD 金刚石膜的主要制备方法
• 1.2 球面金刚石膜研究现状
• 1.2.1 国内研究状况
• 1.2.2 国外研究状况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 球面金刚石膜的沉积实验研究
• 2.1 直流等离子体化学气相沉积金刚石膜制备系统
• 2.1.1 主要技术指标
• 2.1.2 实验设备组成
• 2.2 球面金刚石厚膜制备及工艺
• 2.2.1 Mo 衬底的预处理
• 2.2.2 等离子体炬阳极环和沉积室的清理
• 2.2.3 放置Mo 衬底和沉积炉抽真空
• 2.2.4 气体供给和调整工艺参数
• 2.2.5 金刚石形核及球面金刚石膜沉积过程
• 2.2.6 关机取出制备的球面金刚石膜
• 2.3 工艺参数对直流等离子体化学气相沉积金刚石膜的影响
• 2.3.1 衬底的影响
• 2.3.2 阳极环的影响
• 2.3.3 气体浓度的影响
• 2.3.4 真空度的影响
• 2.3.5 衬底温度的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 球面金刚石厚膜分析
• 3.1 扫描电镜分析
• 3.2 激光拉曼光谱分析
• 3.3 X 射线衍射分析
• 3.4 厚度均匀性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 等离子体喷射球面MO 衬底温度场有限元仿真研究
• 4.1 计算流体力学软件介绍
• 4.2 对沉积炉内球面MO 衬底的温度场进行有限元仿真
• 4.2.1 计算球面Mo 衬底曲率半径
• 4.2.2 用GAMBIT 对沉积炉进行建模
• 4.2.3 利用FLUENT 进行仿真计算
• 4.2.4 仿真结果与分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 LP－30 型等离子体喷射金刚石膜设备改进方案
• 5.1 起膜自动关机方案
• 5.2 冷却平台改进方案
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文完成的主要工作
• 6.2 研究展望工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文