【摘要】：納米金剛石優(yōu)異的物理化學性能,使其具有廣泛的應用前景。特別是用在真空窗口領域具有極強的優(yōu)勢。相對微米金剛石薄膜,納米金剛石薄膜不但具有良好的光學性能,而且其表面更光滑無需后續(xù)拋光。故而光學級納米金剛石膜的制備研究一直是金剛石領域的重要方向。制備大面積光學級納米金剛石膜的最有效的方法是微波等離子體化學氣相沉積,而目前的關鍵在于穩(wěn)定優(yōu)化納米金剛石膜的沉積環(huán)境實現(xiàn)大面積納米金剛石膜的制備。本文利用1kW石英鐘罩式MPCVD設備、韓國Woosinent公司R2.0-MPCVD設備以及75kW 915HZ圓柱形多模腔式MPCVD設備,對納米金剛石膜的沉積環(huán)境及大面積納米金剛石膜的沉積條件進行系統(tǒng)研究。主要工作如下:1.在高氣壓條件下利用發(fā)射光譜具體研究氣壓、功率、碳源對等離子體放電狀態(tài)的影響。研究結(jié)果表明在高氣壓條件下等離子體中C_2為主要沉積基團;隨氣壓升高,上升到20kPa時雖然電子溫度有所降低,但是C_2基團的強度相對H_α、CH、C_3基團增加最多同時電子密度最高,表明升高氣壓到20kPa時能有效的提高沉積速率;隨功率上升,電子密度和電子溫度上升,同時C_2基團強度相對于H_α、CH等基團增加得多,表明增加功率能快速的提高沉積速率但薄膜的質(zhì)量會下降,所以需要通過減小碳源濃度來降低沉積速率;在高氣壓條件下甲烷濃度的增加使得H_α基團強度增加大于C_2基團,表明甲烷增加能夠促進晶粒減小的同時提高薄膜沉積速率和質(zhì)量,又由于H_α的刻蝕能力有臨界值,因此超過一定的甲烷濃度時繼續(xù)增加甲烷濃度會使得沉積質(zhì)量降低。2.在自制的1kW石英鐘罩MPCVD設備上研究了形核密度對沉積納米金剛石膜結(jié)構及應力方面的影響。結(jié)果表明40min形核時,獲得的薄膜平整度高,晶粒更小,應力均勻性好,同時晶粒以220取向為主。利用韓國Woosinent公司R2.0-MPCVD設備研究了納米金剛石膜生長結(jié)構及透光率的調(diào)控。研究結(jié)果表明,一定程度上增加氣壓降低碳源有利于薄膜質(zhì)量和沉積速率的提高,發(fā)現(xiàn)在升高氣壓到20kPa降低碳源0.5%時獲得薄膜質(zhì)量最好;研究氣源對透光率的影響表明H_2濃度過大時,薄膜中sp~3CH_x含量會明顯增加,當H_2濃度小于10%時薄膜的光學性能最好;研究功率、碳源對透光性影響表明,一定程度上增加功率降低碳源能減少sp~3CH_2和不飽和碳碳鍵含量,從而提高薄膜透光率。最終在830W、0.5%碳源濃度下獲得直徑為30mm、厚度為3μm且透光率達96.4%的納米金剛石膜。3.在自制的75kW、915Hz多模諧振腔MPCVD設備上,在高氣壓條件下以1003湽杵牡籽芯墾跗ǘ榷猿粱竺婊擅捉鷥帳∧さ撓跋�。结果钡a餮跗ǘ鵲陀，

本文編號：2641298