·236· 北京科技大学学报 2000年第3期 可能阻断那些处于不利位向晶粒的“营养”供应， 造成疏松和缺陷.显然失稳的现象严重影响金刚 石膜的质量，使金刚石膜力学性能下降，容易断 裂.任何降低沉积速率的方法都有利于减小生长 失稳的倾向，本研究发现降低沉积压力可有效抑 制金刚石厚膜的生长失稳现象 特别值得指出的是，在本研究所用的直流 电弧等离子体喷射工艺条件下，沉积压力的减 图3300四自支撑金刚石顺的形核面在金刚石昌粒之间 小将使流经等离子体炬电弧放电通道的高温气 存在着沟槽和孔洞的照片 流流速增加，从而减小高温气流与通道壁的热 Flg.3 Nucleation side of a 300 um free standing diamond flm showing grooves and cavities between the diamond 交换，增加等离子体炬的热效率.这将部分地补 grains 偿由于沉积压力降低造成的沉积速率的下降. 在大面积金刚石自支撑厚膜的制备实践中， 往往不得不适当降低沉积速率，在金刚石的沉 积速率和膜的质量之间作出平衡， 2.5大面积无裂纹自支撑金刚石厚膜制备 综上所述，大面积无裂纹金刚石自支撑厚 膜的制备，必须对村底表面状态控制、金刚石膜 形核密度、生长过程的稳定性（温度稳定性和生 长稳定性)，以及在沉积结束后缓慢降温等所有 图4金刚石顺中的针孔 环节进行严格系统的控制才能实现. Fig.4 Pinbole observed in a CVD diamond film 图6为我们制备的部分大面积无村底自支 23金刚石厚膜生长失稳现象 撑金刚石厚膜的照片.它的尺寸60100mm, 最大厚度-2mm.图7所示为典型高质量金刚石 生长失稳是在任何CVD过程中都能观 察到的现象，而在金刚石厚膜生长中更容易发 现.图5所示为在本研究中观察到的金刚石膜 典型失稳生长形貌.这种生长失稳是由于金刚 石膜的竞争性生长机制造成的：金刚石膜形核 TRA ABSTRACTS 阶段结束后在与村底表面接触部位形成一随机 t1) 取向的细晶粒层：在随后的生长过程中，那些处 图6通过高功率直流锦离子体喷射CVD方法制备的60 于有利位向的晶粒将比处于不利位向的晶粒以 100mm大面积金刚石骥（最大厚度达1回m) 更快的速率生长，并突出生长表面：那些突出生 Fig.660100 mm large ares diamond wafers prepared 长表面的晶粒由于可从四面八方获得“营养”， by high power DC Are Plasma Jet method(maximum thic 因此迅速开始侧向生长，形成巨大锥状晶粒，并 knaeaa2m中) 图5由干竟争生长鼻致的金刚石锥状昌粒，随着厚度的增 7通过高功率直流锦离子体喷射CVD方法沉积的金涮 加可能异数失稳.()表面形貌：b)断口 石厚碘的断口和表面形貌(。)断口：)生长表面 Fig.5 Nodalar grains resulted from competitive growth, Fig.7 Thick dlamond film wafer deposited by high power with thickening growth instabilities will be induced. DC Are Plasmn Jet CVD