干法刻蚀图形化CVD金刚石膜研究进展

CVD金刚石膜因其极高的强度和耐磨特性在微机电系统(MEMS)领域具有极好的应用前景,然而其极高的硬度和化学惰性又使其很难被加工成型,这极大地限制了CVD金刚石膜在MEMS领域的应用。本文主要介绍了近年来干法刻蚀图形化CVD金刚石膜的研究进展,系统地分析了激光刻蚀,等离子体刻蚀,等离子体辅助固体刻蚀的原理及其各自优缺点,着重论述了国内外采用等离子体刻蚀CVD金刚石膜的研究现状。     

金刚石基微机电系统制备方法的研究进展

金刚石由于其独特的物理、化学和电学性质,以及以薄膜形式生长的可行性,是制造可靠、长寿命,微机电/纳米机电系统（MEMS/NEMS）材料的理想选择。近年来化学气相沉积金刚石薄膜生长的进展促进了金刚石在微机电系统的应用,实现了基于金刚石的MEMS和NEMS开发的新时代。但是由于其难以精确加工,目前仍未能大规模应用。本文对当前金刚石基MEMS的研究进展进行了阐述,主要探讨了当前主要应用的金刚石基MEMS系统的加工方法,并进行了进一步的展望。      

MEMS的微细加工技术

介绍了目前比较前沿的几种微型腔的机械加工方法：光刻掩模、高能束刻蚀（激光刻蚀）和LIGA技术等加工方法。对这些技术的发展趋势进行了展望。指出微器件的推广和应用,是和微器件的加工方法密不可分的,特别是随着激光加工技术在微机械加工领域的推广和应用．微器件的加工工艺水平和加工质量会有更大的提高。     

图形化CVD金刚石膜的新方法——等离子体辅助固体刻蚀法

金刚石膜是一种具有巨大应用潜力的新型功能材料,但是它极高的硬度和化学稳定性使其难以被加工成型,因此如何对金刚石膜表面进行精确的图形化加工是实现制造金刚石器件的关键技术问题之一.在本研究中,我们用微波等离子体化学气相沉积法制备的金刚石厚膜,在其表面利用氢等离子体辅助刻蚀、铁薄膜的催石墨化作用下,对金刚石膜的形核面进行了选择性的刻蚀.结果表明,该方法具有较高的刻蚀速率(850 ℃,33.8 μm/h),较高的刻蚀选择比,可以对CVD金刚石膜进行较精确的图形化刻蚀,还可通过调节铁薄膜的厚度来实现刻蚀深度的控制.对氢等离子体在整个过程中的作用进行了阐述.     

低残余应力HFCVD硼掺杂金刚石薄膜的制备与图形化研究

采用拉曼光谱技术分析了不同生长气压和碳源浓度下,硅基HFCVD硼掺杂金刚石薄膜中的残余应力,并使用光刻和反应离子刻蚀技术加工出多种金刚石薄膜微结构。研究结果表明:利用热丝CVD沉积的硅基金刚石薄膜内存在残余压应力,通过优化生长气压,可以有效降低金刚石薄膜的残余压应力,在生长气压从1.3kPa增加至6.5kPa的过程中,晶格缺陷增加,残余压应力减小。碳源浓度的变化对残余应力的影响较小,但对薄膜质量影响较大。采用低残余应力的金刚石薄膜通过光刻和反应离子刻蚀获得了悬臂梁、角加速度计、声学振膜等微结构。      

CVD金刚石薄膜窗口试样制备及力学性能测量

本文以氢气和丙酮为原料，采用电子增强热线CVD法，在硅片（100）基体上沉积一层金刚石薄膜，并采用光刻法和显式各向异性刻蚀技术制备出金刚石薄膜自支撑窗口试样，实验结果表明，所制备的金刚石薄膜自支撑窗口刻蚀彻底，形状规则，能够很好地满足鼓泡法的实验要求，对CVD金刚石薄膜力学性能的测量具有重要意义。     

国外金刚石薄膜工具的应用研究

金刚石薄膜是当今世界范围研究的热点之一,其之所以引起各国(尤其是日本和美国)的高度重视和研究开发,是因为金刚石薄膜在机械加工、光学和微电子技术等领域里具有许多显著的应用效果和潜在的使用价值。 金刚石薄膜在作为涂覆工具加工过程中,涂层润滑性好,所产生的切削阻力小,磨损较慢,工具使用寿命长,同时不会引起工件的热变形,因此,金刚石薄膜作为一种工具涂覆材料将具有很好的应用前景。     

金刚石表面刻蚀技术研究进展

金刚石在量子信息器件、生物医药载体、生物传感器、高性能电极、化学分析传感器等诸多领域具有极大的应用价值,金刚石表面刻蚀技术是实现金刚石上述应用的关键所在。常见的刻蚀技术可根据刻蚀剂的物相分为熔盐刻蚀、气相刻蚀、固相刻蚀、气固相混合刻蚀、等离子刻蚀这五类。熔盐刻蚀是利用熔融离子化合物对金刚石表面进行刻蚀,其刻蚀机理主要是金刚石碳原子的氧化过程。气相刻蚀是利用氧气等气体与金刚石表面发生气固相反应,使金刚石中的碳原子变为一氧化碳等气态化合物进行刻蚀。气固相混合刻蚀主要是以镍、铂等金属作为催化剂,辅助氢气与金刚石发生反应生成甲烷,对金刚石进行刻蚀。固相刻蚀是金刚石合成的逆过程,主要用铁钴镍及其盐对金刚石进行催化石墨化,之后这些金属作为溶剂形成碳固溶体对金刚石进行刻蚀。等离子体刻蚀主要是用氧等离子体与金刚石发生反应,对金刚石进行刻蚀。文章着重介绍了这五种金刚石表面刻蚀技术近年来的研究进展,简要分析了这些技术的原理、特点与用途。     

鼓泡法定量测量金刚石薄膜膜基界面结合强度的实验研究

金刚石薄膜膜基结合强度的测量与评价是其制备与应用的关键。本文根据内涨作用下薄膜发生鼓泡变形的原理，开发了一种新的适用于金刚石薄膜膜基结合强度定量检测的测试系统，并采用光刻法和湿式各向异性刻蚀技术制备得到金刚石薄膜自支撑窗口试样。采用OFV-3000光纤激光振动仪测量薄膜鼓泡时的垂直位移，测量精度可以达到0．3164μm。通过实验实现了对硅基底金刚石薄膜结合强度的定量检测，实验得到的薄膜结合强度为4．28726J/m^2。这种鼓泡测量法不仅适用于硅平面基底电子元器件的膜基界面结合强度的测量，而且还可以推广应用到硬质合金复杂形状基底的膜基界面结合强度的测量中，从而为金刚石薄膜在电子元器件行业以及工具行业中的应用提供了可靠的依据。     

酸浸＋等离子体刻蚀YC6微米-纳米金刚石复合涂层工具研究

金刚石涂层工具一直是金刚石膜工具应用研究的主流。制约其产业化的主要因素是涂层的附着力低和微晶金刚石涂层工具的加工精度差。通过对衬底的有效预处理和CVD沉积过程控制的研究，开发在硬质合金基体上沉积高结合强度、低粗糙度的金刚石涂层新技术，对于实现CVD金刚石涂层刀具高效、高精度切削加工具有重要意义。对旨在提高金刚石涂层附着力的预处理技术，本文探索了将酸蚀脱钴＋等离子体刻蚀处理衬底法。利用优化的沉积工艺，在酸浸＋等离子刻蚀处理的YG6刀片上沉积的两层金刚石复合膜表面粗糙度为0．13μm，附着力压痕测试临界载荷大于1500N。金刚百涂层工具的切削加工性能明显高予无涂层硬质合金工具。在加工ZAlSi12合金时，单层和两层金刚石涂层车刀片的切削寿命分别是无涂层车刀片切削寿命的21倍和28倍。     

铁刻蚀CVD金刚石膜辅助机械抛光

采用直流溅射方法在化学气相沉积(CVD)金刚石膜表面镀上一层铁薄膜,在氢等离子体条件下利用铁对金刚石膜的快速刻蚀实现初抛光,然后再进行机械抛光,提高抛光效率。     

基于内涨鼓泡实验的金刚石膜附着强度精确定量评价

根据内涨作用下薄膜发生鼓泡变形的原理，开发了1种新的适用于金刚石膜附着强度精确定量评价的测试系统。并在传统的硅平面加工工艺的基础上发展了1种新的在沉积好的基片上制备自支撑窗口试样的方法，该方法可以保证在刻蚀基底形成自支撑窗口的同时不会损坏到薄膜。通过实验，实现了对硅基底金刚石膜结合强度的定量检测，实验得到的薄膜结合强度为4．28726J／m^2。实验所测得的附着强度结果与有限元仿真结果类比的吻合，证实了该模型的有效性，从而为金刚石膜的制备工艺优化及其质量的评估提供了可靠的依据和标准，对促进金刚石膜材料的深度开发和工程应用将具有积极的意义。     

CVD金刚石表面增透膜的研究进展

CVD金刚石膜因特有的物理化学性质,具有发展成为新一代光学材料的前景。但由于CVD金刚石膜自身局限性导致其理论透过率不到71%,在金刚石膜表面镀制增透膜,通过改变增透膜组成成分、显微组织和晶体结构,可有效地改善CVD金刚石膜自身理论透过率的问题。首先,介绍了CVD金刚石表面镀制单层增透膜增透原理,并总结了物理和化学气相沉积技术制备增透膜的优缺点。然后,重点综述了近年来CVD金刚石表面氮化物、金属氧化物和稀土金属氧化物等增透膜材料的研究进展,详细分析了增透膜制备参数、热处理工艺、衬底表面改性和掺杂工艺对增透膜整体组织和性能影响的规律。其中优化增透膜沉积温度、氧分压和热处理等工艺参数,是通过改变增透膜微观组织形貌以及晶体结构来提高其光学透过性能,而改变衬底表面结构能够通过改变增透膜与基体之间的成键方式来提升界面结合能力,而稀土元素掺杂方式是通过改变增透膜化学组成成分来改善增透膜的光学透过性能,并指出掺杂元素成型机理和影响机制。最后,展望了未来CVD金刚石表面增透膜的发展方向。     

CHEMICAL PRETREATMENTS OF THE SURFACE OF WC-15wt%Co WITH DIAMOND COATINGS

1. IntroductionDiamond coatings offer the possibility of superior wear resistant, low friction and chemically protective coatings[1]. At present, most of the efforts were concentrated on diamondcoatings on low cobalt grades of cemellted carbide tools (typically<6%). Bichle et al. foundthat the nucleation rate of diamond decreajses with increasing cobalt content in the range of3%--10% cobalt and has a minimum value when the cobalt content exceeding 6%[2]. Thisleads many researchers to concentra…     

CVD金刚石厚膜刀具的研究进展与应用现状

金刚石厚膜片是采用化学气相沉积的方法制备出来的一种全晶质多晶纯金刚石材料,其物理性能和天然金刚石非常接近．而化学性质则完全相同。本文对CVD金刚石厚膜刀具的研究进展、制备方法、性能特点、切削试验结果及应用前景进行了简要的综述。     

电蚀抛光CVD金刚石膜的实验研究

本文提出了一种新的ＣＶＤ金刚石膜抛光技术。采用该项技术,可以高效率的完成ＣＶＤ金刚石膜的粗抛光。ＣＶＤ金刚石膜表面被预先涂覆一层导电金属,然后采用电蚀方法对该表面进行加工,使金刚石膜突起的尖峰被迅速去除。加工中金刚石表面的石墨化使电蚀加工得以不断延续。通过单脉冲放电试验已经发现涂覆层的材料对金刚石膜的加工效果有很大影响。与普通金属加工相比,金刚石膜的电蚀过程有其完全不同的特征。通过试验和分析,本文还对金刚石膜的电蚀去除机理进行了初步探讨。