[发明专利]一种高效分解气体的钽金属板热丝CVD法

说明书

本发明涉及金属加工技术领域，具体是涉及一种高效分解气体的钽金属板热丝CVD法，该方法是将经过预处理的刀具置于热丝CVD设备的真空钟罩内进行沉积获得金刚石薄膜或厚膜；所述热丝CVD设备真空钟罩内的热丝被钽金属板取代；所述钽金属板上设置有均匀分布的钽金属管孔洞；所述钽金属板两端分别接有电源正负极。本发明通过使用钽金属板取代热丝，以提高气体的分解电离效率和单位时间内可分解的气体量，气体从孔洞流出，与刀具的接触更均匀，碳源和氢气分解速度加快以及分解量的加大提高了金刚石生长速率和对石墨相的刻蚀速率，可制备出高质量的金刚石涂层；钽金属板持续使用时间长，可用于生长金刚石厚膜。

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，具体是涉及一种高效分解气体的钽金属板热丝CVD法。

背景技术

热丝是一种普遍合成金刚石薄膜的方法，此技术由于其设备简单，方便操作，工艺较成熟，成本低等一系列优点而在工业中被广泛应用。热丝化学气相沉积法(HFCVD)制备金刚石薄膜的原理是碳源(丙酮、甲醇或甲烷)和氢气被直径0.5-1.0mm的热丝(钽丝、钨丝或铼丝，温度约2000-2200℃)分解为活性碳原子基团和氢离子，这些碳原子基团在基体表面合适的气压、温度(约700-900℃)和氢离子浓度条件下重组形核成金刚石颗粒，继而生长成金刚石薄膜。为了在基体表面沉积得到厚度均匀、表面光滑的金刚石薄膜，热丝温度需要控制在2000-2200℃左右且基体温度应控制在700-900℃之间。

在常规金刚石薄膜制备过程中，氢是必不可少的，因为原子氢在薄膜生长过程中的作用主要有以下几点：

(1)虽然在金刚石晶体内部是完全的sp3键合，但是在其表面存在有悬挂键，需要依某种方式来终止悬挂键，以防止它们横向交联使表面再构而形成石墨。这可由原子H来完成表面链终止，且保持了金刚石晶格的稳定性。在金刚石生长过程中，悬挂键上的某些原子H要不断地移开并被含C的组元所替代，始终保持金刚石生长所需的理想界面，而防止表面的石墨化。

(2)原子H刻蚀石墨sp2键合碳速度要比刻蚀金刚石sp3键合碳要高许多倍，将近快20-30倍，因而能够迅速的将化学气相沉积中与金刚石同时生成的石墨成分刻蚀掉，而只保留金刚石成分，从而保证了较纯的金刚石膜的连续生长。

(3)产生各种碳氢基团。原子H萃取碳氢化合物分子中的H原子，使其成为带悬键的具有反应活性的碳氢基团。一般来说，碳氢化合物分子是难以直接生长金刚石。

(4)原子H是长键C-H物质的有效“清除”剂，它可以将这些长链C-H化合物打成小的碎片，从而阻止聚合物或大的环状结构分子在气相中的生成。因为这些大分子如果沉积到表面将阻碍金刚石的生长。

基于原子氢的上述作用，由此可见，在金刚石表面沉积过程中是必不可少的，大量的原子氢将是形成高质量金刚石膜的关键。

气体从钟罩顶部吹向刀具，中间经过热丝，在热丝的高温下分解，但是由于气体流速很快，热丝直径细小，能分解的气体有限，产生的氢离子和含碳基团数量也有限，从而影响了金刚石的生长速率以及其非金刚石相的比例，降低薄膜的质量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高效分解气体的钽金属板热丝CVD法，通过使用钽金属板取代热丝以提高气体的分解电离效率和单位时间内可分解的气体量，气体从孔洞流出，与刀具的接触更均匀，碳源和氢气分解速度加快以及分解量的加大提高了金刚石生长速率和对石墨相的刻蚀速率，可制备出高质量的金刚石涂层；钽金属板持续使用时间长，可用于生长金刚石厚膜。

本发明提供一种高效分解气体的钽金属板热丝CVD法，将经过预处理的刀具置于热丝CVD设备的真空钟罩内进行沉积获得金刚石薄膜或厚膜；

所述热丝CVD设备真空钟罩内的热丝被钽金属板取代；

所述钽金属板上设置有均匀密布的钽金属管孔洞；

所述钽金属板两端分别接有电源正负极。