[发明专利]纳米金刚石薄膜的制备装置无效
申请号: | 01126358.X | 申请日: | 2001-07-27 |
公开(公告)号: | CN1332268A | 公开(公告)日: | 2002-01-23 |
发明(设计)人: | 龚辉;范正修 | 申请(专利权)人: | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
主分类号: | C23C16/27 | 分类号: | C23C16/27;C23C16/50 |
代理公司: | 上海华东专利事务所 | 代理人: | 李兰英 |
地址: | 201800 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 纳米 金刚石 薄膜 制备 装置 | ||
技术领域:
本发明是关于一种制备纳米金刚石薄膜的装置。主要适用于在硅基板上制备大面积均匀纳米金刚石薄膜。
背景技术:
从80年代起,化学气相沉积金刚石膜取得突破性进展,在低温低压下利用热丝、微波、射频放电以及其它多种结构的装置,使甲烷等含碳氢材料在H2气中分解沉积到一定温度(600°~900°)的基板上,可以成功制备出具有结晶结构的金刚石薄膜。金刚石薄膜与金刚石一样也具有很高的热导率、硬度和非常好的化学稳定性,以及优越的光学特性,它在很宽的光波段范围内透明,并具有很高的折射率,另外它的抗张强度高,线膨胀系数非常小。这些优良特性可使其广泛应用于各种光学器件中(如高强度光学窗口、半导体激光器热沉,高强度光学薄膜以及X射线光刻掩膜等),能够改进器件性能和提高抗破坏能力。但是,金刚石膜一般都是多晶结构。有相对较高的表面粗糙度,这是由于金刚石膜中的晶粒尺寸比较大,一般晶粒平均尺寸在1微米到几十微米之间。这将严重影响金刚石薄膜在光学方面和电子方面的应用。为了克服这个缺点,必须减小金刚石膜晶粒尺寸,虽然机械抛光可以减小表面粗糙度,但金刚石膜非常硬很难抛光。因此制备晶粒为纳米级尺寸的金刚石薄膜将成为非常需要的。纳米金刚石薄膜除了具有很好的表面特性外,还具有非常好的电子发射能力,在平板显示器件中有很重要的应用前景。在先技术中已经报道了利用微波和直流放电等离子体增强化学气相沉积的制备装置在高浓度甲烷(CH4)气氛下(体积比3%~100%)成功制备纳米金刚石薄膜。上述的制备装置均要求用高质量金刚石颗粒粘磨基板表面增强成核。在一些情况下,还需要氩(Ar)气和氮(N2)气作为辅助气体,生成的纳米金刚石膜晶粒尺寸大约30~50nm。根据在先技术研究(参见在先技术[1].X.Jiang,W.J.Zhang,M.Paul and C.P.Klages,“Diamond film orientation by ion bombardment duringdeposition”Appl.Phys.Lett.68(14),1927(1996)),结果表明,采用上述偏压成核装置,并在金刚石膜生长过程中始终用离子轰击基板可以产生大量二次成核,金刚石膜晶相发生转变可以生成纳米金刚石膜,在先技术(参见在先技术[2].C.Z.Gu and X.Jiang,“Deposition and characterization ofnanocrystalline diamond films prepared by ion bombardment-assisted method”J.Appl.Phys.88,1788(2000))研究证明了在微波等离子增强化学气相沉积过程中,通过离子轰击二次成核成功制备了晶粒尺寸在10nm的纳米金刚石膜。然而用微波生长的装置制造成本高,不能大面积成膜,尤其是不能均匀制备大面积金刚石薄膜。
发明内容:
本发明的纳米金刚石薄膜的制备装置,包括反应炉体3,反应炉体3上带有进气口4和抽气口10。反应炉体3内充有氢气和甲烷的混合气体9,反应炉体3内置有热丝1和基板8,反应炉体3内置有相互平行置放的正极板2和负极板7,热丝1和基板8相对分别置于正极板2和负极板7处。正极板2和负极板7之间连接有启辉器6和电压调节器5。如图1所示。
如上述本发明的制备装置,热丝1置于正极板2处而基板8置于负极板7处。当在正极板2与负极板7之间连接的启辉器6产生瞬间高压时便激活反应炉体3内的氢气和甲烷的混合气体9,产生等离子体,此时由于带电粒子在电场作用下轰击基板8将在两电极板2与7之间产生一个电流,在电压恒定时,这个电流将受到基板材料、气体成分、浓度和热丝温度等因素的影响,尤其是随着金刚石膜的沉积改变了基板8的电子与气体中正离子的复合率也使电流发生变化。这些因素将严重影响等离子体稳定,从而造成反应不均匀,降低成膜均匀性。因此,本发明是采用正极板2与负极板7之间连接的电压调节器5调节两极板间的电压,使电流恒定,在反应炉体3内得到了极为稳定的等离子体活化区。在稳定的等离子体活化区内便成功地在基板8上制备了大面积均匀的纳米金刚石薄膜。所以本发明的制备装置是调节电压控制电流恒定,比在先技术中电压恒定的装置生长出的纳米金刚石薄膜晶粒尺寸小、表面粗糙度小、内应力小、面积大而均匀。
附图说明:
图1是本发明的纳米金刚石薄膜的制备装置结构示意图
具体实施方式:
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C23C16-00 通过气态化合物分解且表面材料的反应产物不留存于镀层中的化学镀覆,例如化学气相沉积
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