[发明专利]衬底的预处理方法、及该方法在金刚石膜制备过程中的应用

说明书

本发明属于金刚石膜制备领域，公开了一种衬底的预处理方法、及该方法在金刚石膜制备过程中的应用，包括以下步骤：S1.清洗衬底，然后干燥；S2.将步骤S1所得衬底进行等离子体干法刻蚀；S3.将步骤S2刻蚀后的衬底放入金刚石微粉和无水乙醇的悬浊液中进行超声接种；S4.清洗、干燥后得预处理后的衬底，最后使用上述衬底的预处理方法所得预处理后的衬底沉积金刚石。本发明克服了机械研磨和普通超声接种的缺点，有利于高品质金刚石膜的制备，工艺流程简单，适合大面积工业推广。

技术领域

本发明属于金刚石膜制备领域，具体涉及衬底的预处理方法、及该方法在金刚石膜制备过程中的应用。

背景技术

金刚石独特的晶体结构，决定了其具有众多的优异物理化学性质，如极大的硬度、极好的化学稳定性、极低的摩擦系数、极高的弹性模量等、是一种典型的多功能材料，在能源、催化，传感器、精密加工等诸多高新技术领域有良好的应用前景。然而天然金刚石储量极少且价格昂贵，多为颗粒状，常用于首饰等奢侈品消费领域；高温高压法制备的金刚石杂质较多，且难以掺杂，多为颗粒状，多用于磨料模具领域，难以满足金刚石在高新技术领域的实际需求。

化学气相沉积法（CVD）是制备高品质金刚石膜的有效方法，尤其是微波化学气相沉积法（MPCVD）凭借其等离子体密度大、无电极污染等优势，成为制备高品质金刚石膜的首选方案，然而制备高品质金刚石膜并非易事，其质量受多种因素的影响，尤其是形核的好坏直接决定了金刚石膜质量的高低。而对衬底预处理是增强形核密度与质量的最常用、最重要的方法。

现有技术常采用机械研磨、超声处理等工艺对衬底进行预处理，这些技术随机性较大，特别是机械研磨，难以保证处理的一致性，导致制备出的金刚石膜质量差异性较大，并且机械研磨易造成衬底的破裂，造成一定的浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种衬底的预处理方法，该方法克服了机械研磨和普通超声接种的缺点，有利于高品质金刚石膜的制备，工艺流程简单，适合大面积工业推广。

本发明另一目的在于提供上述预处理后的衬底在金刚石膜制备过程中的应用。

为实现本发明目的，具体技术方案如下：

一种衬底的预处理方法，包括以下步骤：

S1.清洗衬底，然后干燥；

S2.将步骤S1所得衬底进行等离子体干法刻蚀；

S3.将步骤S2刻蚀后的衬底放入金刚石微粉和无水乙醇的悬浊液中进行超声接种；

S4.清洗、干燥后得预处理后的衬底，备用。

本发明为提升金刚石形核所需的高自由能位置即缺陷，创造性地采用等离子体对衬底进行刻蚀，有利避免了衬底的破裂及接种的随机性，致使整个衬底出现较为均匀的缺陷，有效的提升金刚石形核所需的高自由能位置。同时，为提升形核速率与形核质量，对刻蚀后衬底进行超声接种处理，将大量金刚石微粉镶入衬底或缺陷中，在形核前期充当形核的晶核，有效的提升了形核速率。

进一步的，所述衬底选用硅、二氧化硅、钛、钼中的一种，优选为硅。

进一步的，步骤S1中，清洗方式为超声清洗，优选所述超声清洗的参数设定为：依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗3~10min。

进一步的，步骤S1中，清洗后吹干所述衬底即可。

进一步的，步骤S2中，等离子干法刻蚀后，所得衬底表面粗糙度小于100nm。

进一步的，步骤S2中，将步骤S1所得衬底放进等离子设备中进行等离子体干法刻蚀，具体参数为：气氛为氢气、氧气、氩气中的至少一种，温度为400~1300℃，压强为10~40Kpa，时间10~120min。

进一步的，步骤S3中，所述悬浊液由每40~200ml无水乙醇与1~5g金刚石微粉混合后制得，进一步优选所述金刚石微粉的规格为W0.25~W5。