D0I:10.13374才-i8sn1001663x.2002.04.011 第24卷第4期 北京科技大学学报 Vol.24 No.4 2002年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2002 CVD金刚石膜中的缺陷 张恒大刘敬明宋建华吕反修唐伟忠 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了利用直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet)制备的大面积金刚石膜中的缺 陷问题.研究表明：金刚石膜中的缺陷包括表面缺陷、晶内缺陷和晶界缺陷，以及由于内应力产 生的金刚石膜宏观和微观裂纹.金刚石膜中的缺陷与制备工艺参数有着密切关系。 关键词金刚石膜；缺陷；成因；等离子体喷射 分类号TB43 大面积金刚石膜高速沉积是CVD金刚石 膜工业化应用的关键之一，.在众多CVD金刚 石膜沉积工艺中直流电弧等离子体喷射DC Arc Plasma Jet)被认为是极有潜力的工艺之一网.然 而像其他高速生长CVD工艺一样，在某些生长 条件下，可能会出现生长的不稳定性，甚至出现 较多的缺陷.这些缺陷限制了金刚石膜在工具、 光学及电子学领域的应用本文采用扫描电子 显微镜(SEM),喇曼光谱(R)等技术研究金刚石 膜中的各种缺陷并初步探讨其成因 1试验与讨论 采用DC Arc Plasma Jet.工艺制备金刚石膜. 沉积工艺参数为：CH和H2混合气体，气压133 kPa,衬底温度900℃.沉积后，由于衬底与金刚 石膜的热膨胀系数的差别，金刚石膜自动从衬 底上脱落.金刚石膜的厚度均大于500m.采用 光学显微镜、扫描电子显微镜和激光喇曼谱对 试样进行表征 (b) 02 11金刚石膜生长面缺陷 图1金刚石膜生长表面的缺陷，(a)菜花状，(b)孔洞形 图1显示了金刚石膜生长面的典型缺陷. Fig.1 Defects in the growth surface of CVD diamond films 图l(a)是“菜花状”晶体间的显微生长裂缝；图1 向的；在随后的生长过程中，那些处于有利取向 (b)是表面晶体间的不致密结合和金刚石膜表面 的晶粒比那些处于不利取向的晶粒以更快的速 的显微孔洞 率生长；随着沉积时间的延长，生长较快的晶粒 金刚石膜的上述缺陷是很常见的，因为金 可以在横向和纵向方向上生长，因而阻止了周 刚石膜的沉积初期，衬底表面的核心是随机取 围生长较慢晶粒的生长，造成了金刚石膜组织 的局部粗化，因其晶界结合不致密易形成孔洞. 收稿日期2001-03-22 张恒大男，31岁，博士 *国家高技术研究与发展计划新材料领域“九五”重大项目 12形核面的缺陷 No.863-715-Z38-03) 从图2可以看出金刚石膜同衬底之间不是DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．04．011