CVD单晶金刚石的研究进展

化学气相沉积(CVD)单晶金刚石是近年来金刚石领域研究焦点之一,在众多合成方法中,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)是诸多学者公认的稳定生长均匀高质量单晶金刚石最有前途的技术。近年来,MPCVD合成单晶金刚石在质量、速率、尺寸以及应用上取得了重大的进展,但是目前仍然有一个问题需要解决,即如何在保证质量的前提下大幅度提高单晶金刚石的生长速率。本文对CVD单晶金刚石过程中衬底的选择、表面加工与处理、基座的结构和沉积参数的选择进行了详细评述,并简要介绍了CVD单晶金刚石国内外研发成果。     

同质外延单晶CVD金刚石的研究进展

金刚石因具有诸多优异的物理化学性能而使其在很多领域都有非常广阔的应用前景.CVD法高速合成大面积、高质量单晶金刚石一直是人工合成金刚石的研究热点之一.本文首先从基底预处理、生长参数的优化以及合成工艺的改进这三个方面综述了MPCVD同质外延单晶金刚石的研究进展,其次对国内外CVD外延单晶金刚石的研究进展进行了简单的介绍,...     

MPCVD金刚石的制备与应用研究进展

正武汉工程大学等离子体化学与新材料湖北省重点实验室长期致力于等离子体技术与CVD金刚石方面的研究。2001年至今,围绕高质量、大尺寸多晶和单晶金刚石制备的需要,开展微波等离子体技术与先进微波等离子体化学沉积装备的研究工作,开发出系列等离子体源和微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备,在MPCVD制备高质量、英寸级金刚石及高端CVD金刚石应用等方面取得重要进展,具体包括开发出具有双基片台结构的MPCVD反应腔,75kW级915MHz MPCVD装备,大尺寸单晶金刚石的二维扩大生长技术和纳米金刚石真空窗口的制备技术。团队成员主持完成了多项国家、     

单晶金刚石制备研究进展

相对于多晶金刚石,单晶金刚石具有质量好和纯度高等优点,并且不存在多晶金刚石中的不规则晶界,因此在半导体和机械等行业具有广泛的应用。本文简要介绍了单晶金刚石的制备方法和主要应用领域,并对国内外采用高温高压法和化学气相沉积法制备单晶金刚石的研究成果和最新研究进展进行了综合评述。与高温高压法相比,化学气相沉积法可以高速合成大面积、高质量的单晶金刚石,因此是人工合成单晶金刚石的研究热点。单晶金刚石主要用作切削刀具、光学材料、半导体及电子器件和首饰等。随着大单晶金刚石合成技术的进一步发展,金刚石的应用范围和市场将会更加宽广。     

CVD金刚石自支撑膜的研究进展

金刚石膜以其最高的硬度、热导率、热震性能以及极高的强度等优点得到了越来越多的关注。自20世纪低压化学气相沉积技术成功制备出金刚石以来,在世界范围内,金刚石的制备技术及应用研究得到了快速发展。分别对国内外自支撑金刚石膜材料的制备技术及相关应用进行简要介绍,并讨论近几年我国在高质量金刚石膜材料制备技术方面取得的进展。目前主要的制备技术有热丝、直流辅助等离子体、直流电弧等离子体喷射、微波等离子体化学气相沉积(CVD)等方法。在小尺寸、高质量金刚石膜的制备技术基础上,21世纪初,国外几大技术强国先后宣布实现了大面积、高质量CVD金刚石膜的制备,并将其用于诸如红外光学窗口等高技术领域。我国也在CVD金刚石膜研发方面不断进步,先后掌握了热丝、直流电弧等离子体喷射、直流辅助等离子体CVD等合成大面积金刚石自支撑膜技术,近几年也掌握了915 MHz微波等离子体CVD技术,这些成果也标志着我国在高质量金刚石膜制备技术领域跟上了世界先进水平。     

金刚石散热衬底在GaN基功率器件中的应用进展

氮化镓(GaN)基功率器件性能的充分发挥受到沉积GaN的衬底低热导率的限制，具有高热导率的化学气相沉积(CVD)金刚石，成为GaN功率器件热扩散衬底材料的优良选择。相关学者在高导热金刚石与GaN器件结合技术方面开展了多项技术研究，主要包括低温键合技术、GaN外延层背面直接生长金刚石的衬底转移技术、单晶金刚石外延GaN技术和高导热金刚石钝化层散热技术。对GaN功率器件散热瓶颈的原因进行了详细评述，并对上述各项技术的优缺点进行了系统分析和评述，揭示了各类散热技术的热设计工艺开发和面临的技术挑战，并认为低温键合技术具有制备温度低、金刚石衬底导热性能可控的优势，但是大尺寸金刚石衬底的高精度加工和较差的界面结合强度对低温键合技术提出挑战。GaN外延层背面直接生长金刚石则具有良好的界面结合强度，但是涉及到高温、晶圆应力大、界面热阻高等技术难点。单晶金刚石外延GaN技术和高导热金刚石钝化层散热技术则分别受到单晶金刚石尺寸小、成本高和工艺不兼容的限制。因此，开发低成本大尺寸金刚石衬底，提高晶圆应力控制技术和界面结合强度，降低界面热阻，提高金刚石衬底GaN器件性能方面，将是未来金刚石与GaN器件结合技术发展的重点。     

大面积光学级金刚石自支撑膜制备、性能及其在高技术领域应用前景

大面积光学级金刚石自支撑膜的制备和加工是近年来在CVD金刚石研究领域的最重要的技术进展之一;在军事和民用光学领域有非常重要的应用前景.综述了北京科技大学近年来在CVD金刚石膜光学应用领域的研究进展;给出了采用高功率直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet) CVD工艺制备大面积光学级金刚石自支撑膜的研究结果;对所制备的光学级金刚石自支撑膜的光学、力学(机械)、热学、微波介电性能、抗氧化、抗热震、抗砂蚀和抗激光损伤等方面的最新研究结果,及其在高新技术领域中的应用前景及前沿问题进行了讨论.     

《中国表面工程》2010年第3期

大面积光学级金刚石自支撑膜制备、性能及其在高技术领域应用前景 大面积光学级金刚石自支撑膜的制备和加工是近年来在CVD金刚石研究领域的最重要的技术进展之一;在军事和民用光学领域有非常重要的应用前景。     

单晶金刚石尖刀制备工艺的研究

介绍了单晶金刚石尖刀的几何参数设计、原材料选择、晶体定向、切割、开坯、装卡、粗磨、精磨和抛光等制备工艺,分析了晶体定向、装卡和研磨等工艺机理,并对制备的金刚石尖刀的刃口锋利度、圆弧半径以及整体状况进行了SEM检测。最后,对我国单晶金刚石尖刀制备技术的发展进行了评述与展望。     

MPCVD法合成大单晶金刚石的研究进展

单晶金刚石具有诸多多晶金刚石所无法替代的优良性能,是新世纪高端技术领域发展所需的重要材料。随着技术的不断改进,MPCVD法合成单晶金刚石的生长速率、质量和尺寸都有了很大的提高。目前,应用最新的MPCVD技术合成的单晶金刚石,其最高生长速率达到200μm/h,合成尺寸达到英寸级,为单晶金刚石在超精密加工、光学元器件、半导体、探测器等高技术领域的应用提供了有力的支撑。本文主要综述了进入二十一世纪以来,MPCVD单晶金刚石的研究进展,并对其应用作简单的介绍。     

热丝化学气相沉积法制备优质微米亚微米级单晶金刚石的研究

利用热丝化学气相沉积法（HFCVD）,在硅片衬底上进行微米级（〉1μm）及亚微米级（〈1μm）单晶金刚石的沉积研究。微米级金刚石是以高温高压法（HPHT）制备的1μm金刚石颗粒为籽晶,通过甩胶布晶的方法,在衬底上均匀分布晶种,并通过合理控制沉积工艺参数,在衬底上形成晶形完好的单晶金刚石。在沉积2 h后,可消除原HPHT籽晶缺陷,沉积6 h后,生长出晶形良好的立方八面体金刚石颗粒（约4μm）;对于亚微米级单晶金刚石,是直接在衬底上进行合成,通过调控沉积参数（如衬底预处理方法,偏流大小,沉积时间）对单晶金刚石的分布密度和颗粒度进行控制,经过2 h的沉积,最终获得了0.7μm的二十面体单晶金刚石。     

优质六面体金刚石大单晶的合成及应用

利用高温高压温度梯度法,在合理调整组装方式、生产工艺的基础上,分别采用片状和环状碳源对合成优质六面体金刚石大单晶的尺寸、重量和生长速度进行了对比和分析。采用环状碳源33 h内合成晶体的尺寸可高达5.4 mm,生长速度高达12.6mg/h,重量高达2.08 carat,如此快的生长速度足可以满足六面体金刚石大单晶的产业化生产,进一步推动了国内人工合成金刚石的进程和发展。同时,六面体金刚石大单晶可作为CVD法合成单晶金刚石的基板和单晶金刚石刀具的首选材料。     

掺钕钒酸钇激光晶体的研制和开发

掺钕钒酸钇激光晶体是一种优秀LD泵浦的激光晶体材料,是当前中、小功率全固态激光器的首选材料,它广泛应用于激光通讯、激光测距、激光印刷、卫星测量、导航等各个领域。首先回顾了LD泵浦的激光晶体材料的发展过程及其对激光晶体的要求,系统介绍了掺钕钒酸钇激光晶体的特性。同时比较详细介绍了大尺寸、高质量掺钕钒酸钇激光晶体生长技术及其应用。目前产品已销往美、英、日等21个国家和地区,成为我国唯一能够大量进入国际市场的激光晶体产品,极大地推动了我国激光晶体行业的发展,扩大了我国晶体行业在国际上的影响力。     

REBCO涂层导体制备技术及其进展

REBCO涂层导体具有Je（77K）高于10^6A／cm2的临界电流密度和高的不可逆场Hiw（77K）,展示了在液氮温度下非常有实用前景的超导性质,从而成为目前各国竞相研究开发的焦点。简要概述了高温涂层导体薄膜的制备技术,着重介绍了脉冲激光沉积、金属有机物沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶、磁控溅射和液相外延等方法的特征、优缺点和最新发展情况,并对REBCO高温超导涂层导体的应用前景进行了展望。     

CVD金刚石薄膜涂层整体式刀具的制备与应用

化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、耐磨性强以及表面化学性能稳定等优异的机械及摩擦学性能,这使其在硬质合金工模具领域具有广阔的应用前景.本文采用热丝化学气相沉积法(hot filament chemical vapor deposition,HFC...     

完整晶面金刚石的粒度极限研究

本文以SPD6×1200型六面顶压机为金刚石的合成设备,分别采用常规及特殊工艺进行金刚石的合成。为了表征不同粒度金刚石的形貌特征,本文利用光学显微镜及扫描电子显微镜对单晶形貌进行了观察。结果表明：常规粒度金刚石晶面平滑度基本不随粒度变化,超细颗粒金刚石在8～10μm以上具有与常规粒度金刚石相同的特点,而当粒度降至5μm以下时合成的金刚石不再具有完整的晶形,且随粒度降低晶形变差的趋势加剧,从而得出高温高压法合成的完整晶面金刚石的粒度极限在5μm左右的重要结论。我们认为这一现象的主要原因是由于碳原子或其团簇在金刚石表面上各点的沉积,时间先后不同,从而导致了某一时刻晶体表面各点的厚度不同,对5μm以下的超细颗粒金刚石来讲晶面上不同点的相对差别较大,宏观体现为晶面残缺。     

MPCVD制备大颗粒金刚石形貌的研究

利用自制5 kW微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置,沉积得到了晶粒尺寸达到500μm的大颗粒金刚石。采用抛光后的硅作为基底,CH4和H2为气源,分别研究了基片边缘与中心区域沉积的大颗粒金刚石的表面形貌。通过SEM表征了金刚石的表面形貌,发现基片边缘由于产生放电现象加速了金刚石的沉积,而晶粒之间相互挤压导致了孪晶的产生,影响其生长质量。相反由于中心区域形核密度低,使得晶粒在优先生长的模型下抑制了小晶粒的生长,从而提供更多的能量促进大晶粒的生长,在本实验条件下(100)晶面得到了长大,并获得了表面平整、晶体形貌良好的大颗粒金刚石。最后介绍了国内外合成大颗粒金刚石的研究进展,并对其研究方向做出了展望。     

铜基体表面CVD单晶金刚石微粉的制备

采用基体自形核法,研究了光滑铜基体表面超声研磨预处理对基体表面CVD单晶金刚石微粉沉积的影响。研究结果表明:未经超声研磨预处理的光滑铜基体表面,单晶金刚石微粉形核密度极低;预处理时间不超过1 min时,可以在光滑铜基体表面获得形核密度较高又不会相互连接的单晶金刚石微粉;预处理时间超过2 min时,形核密度过高,金刚石晶粒会相互连接,甚至生长成膜。本实验沉积出的金刚石微粉纯度高,非晶碳含量少,表面光滑,可以观察到（111）和（100）面,具有立方-八面体构型,符合高品级人造金刚石磨料的要求。