微波等离子体化学气相沉积——一种制备金刚石膜的理想方法

微波等离子化学气相沉积and 金刚石摘要：一、微波等离子体化学气相沉积的基本概念二、金刚石的特性及应用三、微波等离子体化学气相沉积在金刚石制备中的应用四、我国在该领域的研发进展五、展望微波等离子体化学气相沉积的发展前景正文：微波等离子体化学气相沉积（Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition，简称MPCVD）是一种采用微波等离子体技术在材料表面制备金刚石薄膜的方法。

近年来，随着科技的不断发展，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域得到了广泛应用。

金刚石，作为碳的同素异形体之一，具有极高的硬度、热导率、抗磨损和化学稳定性，使其在工业领域具有广泛的应用。

然而，天然金刚石的储量有限，价格昂贵，因此，利用微波等离子体化学气相沉积技术制备人造金刚石成为了研究的热点。

微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备过程中的优势在于其高产率、高质量和可控性。

通过精确控制反应气体种类、流量和微波功率等参数，可以在各种基材上制备出不同厚度、结构和性质的金刚石薄膜。

此外，MPCVD法制备金刚石的过程能耗低，环保无污染，具有较高的经济效益。

我国在微波等离子体化学气相沉积技术研发方面已取得了显著成果。

众多科研团队和企业致力于优化工艺参数，提高金刚石薄膜的质量和性能，拓展其在各个领域的应用。

目前，我国已成功研发出应用于电子、光学、力学和生物医学等领域的金刚石薄膜产品。

展望未来，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域具有巨大的发展潜力。

随着技术的进一步发展和优化，金刚石薄膜的应用范围将进一步扩大，有望替代传统材料，成为未来产业的重要支撑。

此外，随着我国在微波等离子体化学气相沉积技术研究的深入，我国在该领域的国际竞争力也将不断提升。

总之，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域具有广泛的应用前景，我国在这一领域的研究取得了显著成果。

一、概述金刚石是一种极具硬度和热导率的材料，因其在各种工业和科学领域具有重要的应用价值。

金刚石膜的制备方法中，微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术因其制备速度快、成本低、质量稳定等优势，被广泛应用于金刚石膜的制备中。

拉曼光谱学作为一种非破坏性的表征手段，对金刚石膜的结构和性质具有重要的研究价值。

本文将就MPCVD金刚石膜的拉曼光谱学进行探讨。

二、MPCVD金刚石膜的制备1. MPCVD技术的基本原理MPCVD是一种利用微波等离子体在化学气相沉积过程中产生的活性碳原子来沉积金刚石薄膜的技术。

其基本原理是利用微波的电磁场激发离子体，使之发生电离和激发状态转变，从而产生活性碳原子。

这些活性碳原子在沉积表面上发生化学反应，生成金刚石薄膜。

2. MPCVD金刚石膜的制备步骤制备MPCVD金刚石膜包括基板表面的清洁、金刚石种子层的沉积、金刚石膜的沉积等步骤。

其中金刚石种子层的沉积是制备金刚石薄膜的关键步骤。

三、拉曼光谱学在金刚石膜研究中的应用1. 拉曼光谱的基本原理拉曼光谱是一种通过材料与激发光产生的散射光的频率差来研究物质结构和性质的方法。

在拉曼光谱中，激发光与样品分子发生相互作用后，会产生散射光。

散射光中比入射光频率低的被称为斯托克斯线，而比入射光频率高的被称为反斯托克斯线。

2. 拉曼光谱在金刚石膜研究中的应用拉曼光谱学在金刚石膜研究中，主要用于分析金刚石薄膜的晶体结构、内应力、非晶含量和氢杂质等。

通过观察拉曼光谱峰的强度、位置和形状变化，可以对金刚石薄膜的质量和结构特征进行表征。

四、MPCVD金刚石膜的拉曼光谱学研究现状目前国内外已有大量学者对MPCVD金刚石膜的拉曼光谱学进行了深入研究。

根据文献报道，MPCVD金刚石膜的拉曼光谱主要包括特征拉曼峰、线宽和位置等参数的研究。

五、MPCVD金刚石膜的拉曼光谱学研究存在的问题和挑战1. 样品表面形貌不均匀由于MPCVD金刚石膜在制备过程中容易出现表面粗糙和颗粒堆积等问题，导致样品表面形貌不均匀，进而影响了拉曼光谱的测试结果。

微波等离子化学气相沉积金刚石膜新型微波谐振腔设计李晓静;张思凯;于盛旺;唐伟忠;吕反修【摘要】提出新型微波谐振腔用于化学气相沉积金刚石薄膜,腔体有效体积可以调节,采用环形介质窗口,置于沉积基台的下方,允许产生较大并且温度较高的等离子体.同轴内导体与沉积台相连接,微波从谐振腔底端传输经同轴导体耦合进入腔体.采用有限元的方法优化谐振腔的尺寸,使其能耦合进更大的微波能量,优化后,最大电场区域位于沉积台上方,并且均匀分布,在腔体内其它区域和介质窗口附近电场强度则很小,满足设计要求.采用时域有限差分法模拟了谐振腔在一定微波输入功率下产生等离子体的特性,并对设计的谐振腔进行试验研究,实验观察到的等离子体位置与模拟结果一致.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2010(041)011【总页数】4页(P1963-1965,1969)【关键词】微波谐振腔;数值模拟;电场分布;金刚石薄膜沉积【作者】李晓静;张思凯;于盛旺;唐伟忠;吕反修【作者单位】北京科技大学,材料科学与工程学院,北京,100083;北京科技大学,材料科学与工程学院,北京,100083;北京科技大学,材料科学与工程学院,北京,100083;北京科技大学,材料科学与工程学院,北京,100083;北京科技大学,材料科学与工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】O53多晶金刚石膜具有优良的物理、化学性能，在工业中有很多的应用领域。

微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）是制备高品质金刚石膜的首选方法［1］。

金刚石膜MPCVD装置的核心部件微波谐振腔的设计对MPCVD技术的改进具有十分重要的意义。

微波谐振腔的腔体结构直接影响腔体内的电场强度及其分布情况，进而影响等离子的状态，决定金刚石膜的沉积质量。

因此构造合适的电磁谐振腔，对沉积基体附近的等离子（和与此相关的电场区域）的生成非常重要。

在过去的20年里，金刚石膜MPCVD技术不断改进和提高，谐振腔的发展经历了从早期的石英管式［2］、石英钟罩式［3］，到后期的圆柱谐振腔式［4］、椭球谐振腔式［5］和圆周天线式等离子（CAP）谐振腔［6］。

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜3胡海天 邬钦崇(中国科学院等离子体物理研究所,合肥　230031)盛　奕　建(中国科学技术大学无线电电子学系,合肥　230026)摘　要 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)是制备金刚石膜的一个重要方法,能制备出表面光滑平整的大面积均匀金刚石膜.文章概述了MPCVD制备金刚石膜的情况,介绍了MPCVD制备金刚石膜装置的典型类型及其特点.在国内研制成功天线耦合石英钟罩式MPCVD制备金刚石膜装置,并在硅片上沉积出大面积均匀的优质金刚石膜.这种MPCVD装置对金刚石膜的开发应用具有重要意义.关键词 微波等离子体,化学气相沉积,金刚石膜Abstract Microwave plasma chemical vapor deposition(MPCVD)is an important method for diamond film preparation and the diamond films which have excellent surface flatness and large2scale uniformity.The typical types and features of MPCVD set2ups for preparing diamond films are described.An antenna coupled quartz immersion bell MPCVD set2up has been developed in china for the first time and excellent diamond films of large2 scale uniformity have been deposited on silicon wafers.K ey w ords microwave plasma,chemical vapor deposition,diamond film1　引言金刚石具有很多优异性能,如高硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、载流子的高迁移率以及良好的化学稳定性等[1],因此金刚石膜在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景.近年来,在低气压和低温度下沉积金刚石膜已越来越受到人们的重视.热丝法、等离子体炬法、微波等离子体法和燃烧火焰法等被用来制备金刚石膜.这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长.这就是化学气相沉积(CVD)过程.微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)有许多特点:无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽;能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等.所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.美国ASTEX公司在1992年已经有MPCVD制备金刚石膜的商品装置(微波功率1.5kW和5kW)和全透明金刚石膜商品.West2 inghouse电气公司用MPCVD法在ZnS或ZnSe等高速航空器的红外传感器窗口表面沉积高质量的金刚石膜光学表面来防止雨、灰尘和风沙的侵蚀.他们在1991年已经制出直径为40mm的窗口.Crystallume公司在1990年用MPCVD法沉积金刚石膜,开发出直径为6mm、可经受105Pa的大气压差、可透过低能X 射线的窗口.这种窗口可探测到原子序数为5的B的低能X射线,从而可以取代只能通过原子序数为11的Na的X射线的Be窗.他们还3　1995年12月14日收到.在开发可用于集成电路的X射线光刻的更大直径的X射线窗.该公司在1993年开发了一个专利工艺.他们用MPCVD法在WC-6wt%Co的硬质合金刀具上沉积了有很好粘附性的金刚石膜,用于含高硅的铝合金工件的加工.Norton公司与Wavemat公司一起发展了一种MPCVD沉积金刚石膜装置和工艺,用来镀复杂曲面.他们沉积的金刚石膜具有良好的微观结构和与基体的粘附性.还有不少报道用MPCVD法实现了金刚石膜的同质和异质外延生长.很多研究者都认为MPCVD法是制备电子学应用的金刚石膜的最适当的方法[2].这些商业上的应用和高技术研究已充分表明MPCVD法是制备金刚石膜的一个重要方法,有巨大的商业应用前景.2　微波等离子体CVD法制备金刚石膜的装置类型和特点MPCVD装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分.微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表.微波频率通常选用工业用加热频段的2.45GHz.真空系统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器)组成.供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成.这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD装置和其他用途的实验装置中.等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等.不同类型的MPCVD装置的区别在于等离子体反应室形式的不同.从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式.从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.目前最常用、最简单也是最早出现的装置是表面波耦合石英管式装置.它是由石英管在微波矩形波导的强电场区垂直穿过宽边构成,如图1所示.石英钟罩式有两类:直接耦合式,如美国Califonia大学的钟罩式MPCVD装置;天线耦合式,如美国Pennsylvania州立大学的钟罩式MPCVD装置和美国Michigan州立大学的MPDR(microwave plasma dish reactor)装置.带有微波窗的金属腔体式亦有两类:直接耦合式,如澳大利亚Sydney大学的不锈钢圆筒腔式MPCVD装置,图2为此类装置的示意图;天线耦合式,如ASTEX公司商售的HPMS等离子体沉积系统和英国Heriot-Watt大学的U HV 反应室沉积系统等.这些MPCVD装置都是专为制备金刚石膜而设计和建立的.典型的沉积条件为气压1.3×103—10.7×103Pa,基片温度500—900℃,气源为氢气中混入0.1%—5.0%的含碳气体.这时输入2.45GHz的微波,则可以在与反应室器壁不相接触的有限区域中产生等离子体,并在与等离子体相接触的基片上沉积出金刚石膜.用这种方法可以制备出没有器壁物质污染的纯净的金刚石膜.图1　石英管式装置示意图图2　带微波窗的金属腔体式装置示意图微波在满足电子回旋共振条件的磁场(2.45GHz时为875G)和真空条件(10-3—10-1 Pa)下会放电产生微波电子回旋共振(ECR)等离子体.这种等离子体在各种薄膜工艺中已有广泛的应用.当气压较高或磁场较弱时,则产生磁增强微波等离子体.日本Osaka大学、美国Cincinnati大学、Argonne国家实验室、海军研究实验室等已经用微波ECR等离子体或磁增强微波等离子体来沉积大面积高质量金刚石膜.其特点是生长速率较低,但能在较低温度下形成晶粒细、表面均匀光滑的纯净的金刚石膜.3　天线耦合石英钟罩式微波等离子体CVD装置的研制虽然表面波耦合石英管式MPCVD装置是最简单、最早出现而且现在仍是最广泛应用的微波等离子体沉积金刚石膜实验装置,但由于受到微波传输的截止波长的限制,石英放电管的直径一般不超过50mm,因此沉积的金刚石膜尺寸一般小于直径30mm.同时由于受到微波与等离子体耦合方式的限制,石英放电管内难以产生较大范围的均匀等离子体,因此难以实现较大面积均匀的金刚石膜沉积.所以此类装置只能作为实验研究装置,很难在制备大面积均匀金刚石膜的高技术应用中发挥作用.虽然国外已发展了各种类型的MPCVD装置,从而制备大面积均匀的金刚石膜以应用于研究和商业开发,但在国内由于科研投入较少和其他条件的限制,进展不大.中国科学院等离子体物理研究所从1991年起承担863计划材料领域项目,自行研制MPCVD制备金刚石膜装置,并于1993年底在国内研制成功天线耦合石英钟罩式MPCVD装置,图3为装置示意图.该装置的微波系统包括800W微波功率源、环行器、水负载、三探针微波反射测量系统、三螺钉匹配调节器和耦合天线.我们自行研制成功的三探针微波反射测量系统不仅可以用来测量微波传输线中的复反射系数,而且可以测量等离子体负载的微波阻抗,进而获得等离子体内部参数变化的信息.等离子体反应室由内径122mm的多孔圆柱形微波腔及内径为112mm的真空石英钟罩、直径80mm 的石英基片台、矩形80mm×37mm的基片装卸摇门等组成.由2XZ-4型机械泵、挡油阱、流导调节阀及真空计等组成真空系统.图3　石英钟罩式装置示意图通入H2和CH4,在一定的气压范围与微波输入功率条件下,在基片台上方形成轴对称的椭球状等离子体.等离子体球的半径随微波入射功率的增大而增大,随气压的升高而减小.调节气压、微波功率、耦合天线的长度、基片台的位置、气体组分等,可以形成与器壁不接触而只与基片台上基片相接触的有一定大小的等离子体球,从而实现大面积金刚石膜的沉积.4　金刚石膜的沉积应用该天线耦合石英钟罩式MPCVD装置,在微波功率600W、H2流量407SCCM、CH4含量1.4%、气压6400Pa、基片温度830℃的条件下在Si基片上沉积出金刚石膜.XRD测量表明确为金刚石的晶体结构.SEM观察表明晶粒大小约为2—4μm,横断面SEM观察测得膜厚为13.5μm.膜中心部位和距中心20mm的边缘部位的Raman谱十分相似,在1332cm-1处有一强峰,在1550cm-1处只有一个宽的很弱的峰.膜的平均生长速率为0.6μm/h.这表明沉积的膜是大面积均匀的优质金刚石膜[3].多次实验都证明该装置可以沉积出大面积均匀的优质金刚石膜,它填补了国内空白.经过一年多的实验运行,表明这种天线耦合石英钟罩MPCVD 装置性能稳定,可以作为一种换代式设备,逐步取代国内目前还在广泛使用的表面波耦合石英管式MPCVD沉积金刚石膜装置.按照国家863计划任务要求,天线耦合带有微波窗的不锈钢反应沉积室式MPCVD制备金刚石膜装置的研制正在进行中.5　结论MPCVD法是制备优质金刚石膜的重要方法.为实现大面积金刚石膜的沉积需要精心设计微波与等离子体的耦合方式和反应沉积室中微波与等离子体的分布.用研制成功的天线耦合石英钟罩式MPCVD装置能制备大面积均匀的优质金刚石膜.该装置可作为换代设备来逐步取代表面波耦合石英管式MPCVD制备金刚石膜装置.参　考　文　献[1]　K.E.Sperar,J.A m.Ceram.Soc.,72(1989),171.[2]　G.S.G ildenblat et al.,Proc.I EEE,79(1991),647.[3]　王建军等,高技术通讯,No.11(1994),14.低能扫描电子显微术的进展3廖　乾　初(冶金工业部钢铁研究总院,北京　100081)摘　要 工作电压低于5kV的扫描电镜分析技术称为低能扫描电子显微术,它是场发射扫描电镜仪器及其应用技术的发展方向之一.文中综述了这种分析技术的近年发展概况,阐明了它的物理基础和有关仪器技术的进展,并概述了它在各种应用中所推荐的工作电压及其开拓新应用领域的前景.关键词 场发射扫描电镜,低能扫描电子显微术,物理基础,应用前景 扫描电子显微术是以光栅状扫描方式的电子束作为微束激发源,利用入射电子和试样相互作用所产生的同表面物质有关的各种信息,从而研究试样表面的微观形态、成分和结晶学性质的一种分析技术.其所用的仪器称为扫描电镜,常用的工作电压为20—30kV.在扫描电子显微术的发展过程中,曾从两方面去努力:(1)发展工作电压高于40kV的扫描电子显微术;(2)发展工作电压低于5kV的扫描电子显微术.由于40kV以上的扫描电子显微术未能开拓出新的应用领域,因此在这方面没有得到发展.低于5kV的扫描电子显微术简称为低能扫描电子显微术,从原理上它有以下优越性:(1)可以防止或减轻非导体试样的表面充电;(2)可以避免表面敏感试样(包括生物试样)的高能电子的辐照损伤;(3)可兼作显微分析和极表面分析;(4)入射电子与物质相互作用所产生的二次电子发射强度是随着工作电压的降低而增加,且对被分析试样的表面状态和温度更敏3　1996年2月17日收到初稿,1996年4月8日收到修改 稿.。

微波等离子体化学气相沉积--一种制备金刚石膜的理想方法满卫东;汪建华;马志斌;王传新
【期刊名称】《真空与低温》
【年(卷),期】2003(009)001
【摘要】综述了微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备金刚石膜技术,表明MPCVD是高速、大面积、高质量制备金刚石膜的首选方法.介绍了几种常用的MPCVD装置类型,从MPCVD装置的结构特点可以看到,用该类型装置在生长CVD 金刚石膜时显示出独特的优越性和灵活性.用MPCVD法制备出的金刚石膜其性能接近甚至超过天然金刚石,并在多个领域得到广泛应用.
【总页数】7页(P50-56)
【作者】满卫东;汪建华;马志斌;王传新
【作者单位】中国科学院,等离子体物理研究所,安徽,合肥,230031;武汉化工学院,等离子体技术与薄膜材料重点实验室,湖北,武汉,430073;中国科学院,等离子体物理研究所,安徽,合肥,230031;中国科学院,等离子体物理研究所,安徽,合肥,230031;中国科学院,等离子体物理研究所,安徽,合肥,230031;武汉化工学院,等离子体技术与薄膜材料重点实验室,湖北,武汉,430073
【正文语种】中文
【中图分类】TB848;O643.131
【相关文献】
1.一种合成金刚石膜的独特方法—燃烧焰法合成金刚石膜述评 [J], 张伟;相炳坤
2.高定向纳米金刚石膜的高功率微波等离子体化学气相沉积研究 [J], 唐春玖;侯海虹;李明法;李文浩
3.微波等离子体化学气相沉积方法制备纳米金刚石薄膜 [J], 林晨;李义锋;张锦文
4.一种自支撑金刚石膜的制备方法 [J], 明明
5.一种金刚石薄膜微波等离子体化学气相沉积方法及装置 [J],
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微波等离子化学气相沉积（MPCVD）技术制备高质量金刚石薄膜微波等离子化学气相沉积（MPCVD）是一种制备高质量、高纯度金刚石薄膜的方法。

这种技术利用微波激发反应气体，在低压环境下形成等离子体，从而实现金刚石薄膜的沉积。

一、微波等离子化学气相沉积微波等离子化学气相沉积（MPCVD）是一种先进的金刚石沉积技术。

它利用微波能量激发反应气体，产生等离子体，这些等离子体在微波的作用下，与衬底表面相互作用，形成金刚石薄膜。

MPCVD技术的优点在于它可以在较低的温度下实现金刚石薄膜的沉积，同时可以获得高质量、高纯度的金刚石薄膜。

此外，MPCVD技术还可以实现大面积、均匀的沉积，这使得它在工业应用中具有广泛的前景。

二、金刚石的制备在MPCVD技术中，金刚石的制备通常是在微波作用下进行的。

反应气体中的碳源和氢源在微波的作用下被激发为等离子体，这些等离子体中的碳原子在衬底表面沉积下来，形成金刚石薄膜。

在金刚石的制备过程中，反应气体的选择和流量控制是非常重要的。

通常使用的反应气体包括甲烷、丙烷、乙烯等碳氢化合物，以及氨气、氢气等气体。

这些气体的选择和流量控制直接影响金刚石薄膜的质量和性能。

三、MPCVD技术在金刚石制备中的应用MPCVD技术在金刚石制备中有着广泛的应用。

例如，可以利用MPCVD技术制备大尺寸、高质量的金刚石单晶，用于制造高精度、高效率的机械加工工具。

同时，还可以利用MPCVD技术制备厚度可控、均匀的金刚石薄膜，用于制造高效散热器件、高频电子器件等高技术产品。

四、结论综上所述，微波等离子化学气相沉积（MPCVD）技术在金刚石制备中具有广泛的应用前景。

该技术可以在较低的温度下实现高质量、高纯度金刚石薄膜的沉积，同时可以实现大面积、均匀的沉积。

这使得它在工业应用中具有广泛的前景，为制造高精度、高效率的机械加工工具和高频电子器件等高技术产品提供了新的途径。

然而，尽管MPCVD技术具有许多优点，但其在实际应用中仍存在一些挑战和问题。

类金刚石薄膜制备及应用综述类金刚石薄膜是一种具有高硬度、高热导率、化学稳定性良好等优良性能的材料，在多个领域有着广泛的应用。

在本综述中，我将就类金刚石薄膜的制备方法、特性及应用进行详细的介绍，以期为相关领域的研究人员提供指导和借鉴。

一、类金刚石薄膜的制备方法1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备类金刚石薄膜的方法，其核心原理是利用化学反应在基板表面上沉积出单质碳或烷烃单体，再通过合适的条件使其聚合形成类金刚石薄膜。

其优点是工艺成熟、生产效率高，所需设备成本较高，对操作者的技术要求也较高。

2. 微波等离子体化学气相沉积法微波等离子体化学气相沉积法则是在化学气相沉积法的基础上引入了等离子体，利用微波等离子体来活化反应气体，提高沉积速率和质量，从而得到较高质量的类金刚石薄膜。

3. 溅射法溅射法是利用高能粒子轰击类金刚石靶材，使其表面的碳原子脱离靶材并在基底表面重新结晶形成薄膜。

该方法制备的类金刚石薄膜质量较好，但成本较高。

二、类金刚石薄膜的特性1. 高硬度类金刚石薄膜具有与天然金刚石相近的硬度，达到10GPa以上。

这使得类金刚石薄膜在一些需要高耐磨性能的领域有着广泛的应用，如刀具表面涂层等。

2. 高热导率类金刚石薄膜具有非常高的热导率，可达到约2000W/mK，因此被广泛用于热管理领域，如散热片、导热膏等。

3. 化学稳定性良好类金刚石薄膜在化学腐蚀等方面具有较好的稳定性，这使其在一些特殊的化学环境下得到应用。

4. 其它特性除了上述特性之外，类金刚石薄膜还具有较好的光学性能、生物相容性等特性，这为其在生物医疗、光学涂层等领域的应用提供了可能。

三、类金刚石薄膜的应用1. 刀具涂层由于其高硬度与耐磨性能，类金刚石薄膜被广泛应用于刀具涂层，能够大大提高刀具的使用寿命与切削性能。

2. 热管理材料类金刚石薄膜的高热导率使其成为理想的热管理材料，广泛应用于散热片、导热膏等领域。

3. 光学涂层类金刚石薄膜的优良光学性能使其在激光光学、液晶面板等领域有着广泛的应用。

微波等离子体参数诊断及制备类金刚石膜的特性研究的开
题报告
项目背景：
金刚石膜是一种非常有前途的工程材料，具有较高的硬度、耐磨性和热性能，被广泛应用于半导体、光学、电子和机械工业等领域。

其中，微波等离子体化学气相沉
积(MPCVD)是制备金刚石膜的一种有效方法，具有高沉积速率和较高的质量控制能力。

然而，制备出高质量的金刚石膜需要对微波等离子体反应室内的物理和化学过程进行
深入研究。

项目内容：
本项目的主要研究内容包括以下两个方面：
1. 微波等离子体参数诊断：通过实验研究微波功率、气体流量、反应气体比例等等参数对金刚石膜沉积过程的影响，分析微波等离子体反应室内等离子体的参数特性，探究微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的机理。

2. 金刚石膜的特性研究：通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、原子力显微
镜(AFM)等实验手段对制备的金刚石膜进行表征和分析，探究不同微波等离子体参数对金刚石膜质量和特性的影响，寻找制备高质量金刚石膜的最优参数。

预期目标：
通过以上研究，本项目的预期目标如下:
1. 研究微波等离子体反应室内等离子体的物理与化学特性，揭示微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的机理。

2. 确定制备高质量金刚石膜的最优微波等离子体参数，提高金刚石膜的质量和性能。

3. 对金刚石膜进行多方面的表征和分析，为其在半导体、光学、电子和机械工业等领域的应用提供实验依据。

项目意义：
本项目的研究对于推广金刚石膜在工程材料领域的应用具有实际意义，同时对于微波等离子体化学气相沉积技术的研究也有一定的学术价值，具有推动工程材料领域
技术发展的意义。

宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。

有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。

这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。

用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD 直流CVD 微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。

主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。

微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜实验背景知识薄膜的制备通常可分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积法（CVD）。

物理气相沉积法中用得较多的方法包括：溅射沉积、反应溅射沉积、蒸发镀膜、离子镀、反应离子镀等，用这些方法可制备金属膜、半导体薄膜、陶瓷薄膜，在光学、微电子、装饰等领域有广泛的应用。

化学气相沉积是使几种气体(多数场合为2种)在高温下发生热化学反应而生成固体的反应．由于等离子体具有高能量密度、高活性离子浓度、从而引发在常规化学反应中不能或难以实现的物理变化和化学变化，等离子体CVD是通过能量激励将工作物质激发到等离子体态从而引发化学反应生成固体，具有沉积温度低、能耗低、无污染等优点，因此等离子体化学气相沉积法得到了广泛的应用。

微波等离子体化学气相沉积技术最有影响的应用之一是利用该技术制备金刚石薄膜。

金刚石有最高的硬度、高热导率和化学稳定性，具有良好的透光性，在光学、微电子和军事领域有广泛的应用。

由于天然金刚石稀少且昂贵，使得天然金刚石在工业上的应用受到限制。

1955年，美国通用电气公司首先宣布利用高温高压法制得了人工金刚石。

这一技术导致金刚石大量进入抛光、切割等领域。

但由于采用高温高压法制备的道金刚石主要是颗粒状的，这一特点使得人工合成的金刚石很难再机加工以外的领域获得应用。

1981年，利用等离子体化学气相沉积成功地制备了金刚石薄膜，该方法制备的金刚石薄膜广泛应用于机加工、光学、热学和半导体等领域。

目前已发展了微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）、热丝等离子体化学气相沉积（Filament-CVD）、射频等离子体化学气相沉积（RFCVD）、等离子体炬（Plasma-Torch）等多种技术制备金刚石膜，其中微波等离子体因为具有等离子体洁净、杂质浓度低等优点而成为制备高质量金刚石膜的首先方法。

利用微波等离子体化学气相沉积方法制备金刚石膜时，多种气源体系可以采用，主要包括：CH4-H2、CH4-H2-Ar、CH4-H2-O2、甲醇-氢气、乙醇-氢气、丙酮-氢气等体系。