2000年第2期 黄天斌等：大面积金刚石膜生长环境气氛的计算机模拟 ·159· 匀分布.C基团和CH基团摩尔分数很低，沿径 结果.可见CH谱线的确是各种含碳基团中最 向下降趋势明显.CH,和CH基团摩尔分数非常 强的谱线，说明本文的模拟结果与实验基本是 低，在图4中已和横坐标重叠.因此从本文的模 吻合的. 拟结果可以得出结论，在我们给出的实验条件下 CH基团浓度的径向均匀性显然对大面积 CH是促使金刚石生长的主要含碳活化基团，图 金刚石膜沉积非常有利.更进一步的研究工作 5为在模拟条件下对等离子体进行光谱诊断的 仍在进行之中， 一” 0.10 飞 -。-C --Ar 100 一-CH5 -+一H -◆-CH 批 一x一H2 0.01 -CH 一m一CH4 0.001E 07M Y.MhM 0 0.6 1.2 1.8 2.43.0 400 440 480520 560600 轴向距离/cm nm 图4组分分布与轴向距离的关系 图5在模拟条件下的等离子体发射光谱 Fig.4 Relation between axial distance and constituent distribution Fig.5 Plasma optical emission spectrum in simulation conditions 4结论 参考文献 1 Hirata A,Yoshikawa M.Application of Diamond Films 本文将局部的热力学平衡和电离平衡的假 and Related Materials.NIST Special Publication,1995, 设应用于整体的非平衡射流，用宏观的方法了 885:417 解等离子体的一些微观状态，据此建立了处理 2 Addona T,AL ET.Silica Decomposition in a Transferred 直流电弧等离子体CVD金刚石膜沉积的数学 Arc Reactor.In:C K Wu,ed.13th International Symposium 模型.应用上述模型对大面积金刚石膜沉积的 on Plasma Chemistry.Beijing:Peking University Press, 1997.1590 化学环境进行了模拟，模拟结果与相同条件下 3 Lu FX,Zhong G F.A New Type of DC Arc Plasma Torch 对等离子体的光谱诊断结果基本吻合，表明在 for Low Cost Large Area Diamond Deposition.Diamond 本文的实验条件下CH基团可能是促进金刚石 and Related Materials,1998,7(6):737 膜生长的主要活化基团.它沿径向的均匀分布 4钟国钫.l00kW级DC Arc Plasma Jet CVD金刚石膜沉 对大面积金刚石膜的沉积有重要意义， 积系统研制：[博士论文]北京：北京科技大学，1997 5陶文辁.数值传热学.西安：西安交通大学出版社， 1986.123 Numerical Model for Large Area Diamond Film Deposition by DC Arc Plasma Jet Method HUANG Tianbin,TANG Weizhong,LU Fanxiu,ZHANG Weijing Materials Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Numerical model for large area diamond film deposition by DC Arc Plasma Jet CVD method is proposed.Chemical environment over the substrate surface during diamond growth were calculated,and was compared with experiment data from optical emission spectrum obtained at similar conditions.It was found that the CH radical may be main active precursor responsible for diamond growth.The overall uniform distribution of CH radical is important for large area deposition of diamond films. KEY WORDS numerical model;diamond film deposition;large area;DC Arc Plasma Jet年 第 期 黄天 斌 等 大 面 积 金 刚石 膜 生长环 境气氛 的计 算机模拟 匀分 布 基 团和 基 团摩 尔 分 数 很低 ， 沿 径 向下 降趋势 明 显 和 基 团摩 尔 分数 非常 低 ， 在 图 中 已 和 横 坐 标 重 叠 因 此 从本 文 的模 拟 结果 可 以得 出结 论 ，在我们 给 出 的实验 条件下 是 促 使金 刚 石 生 长 的 主 要 含 碳 活 化基 团 图 为在模 拟 条件 下 对 等 离子 体进 行 光 谱诊 断 的 结 果 可 见 谱线 的确 是各 种 含碳 基 团 中最 强 的谱线 ， 说 明本文 的模拟 结 果 与 实验 基本 是 吻 合 的 基 团浓 度 的径 向均 匀性 显 然对 大 面 积 金 刚 石 膜沉积 非 常有 利 更 进一 步 的研 究工 作 仍在进 行 之 中 ， 户 一 一 ， 一 一 早 才二二才 侧燃工 减 一 汉 一 一 一 一 一 一‘ 一 一，一 摊 一一一目洲 一 拭 一 洲 一 洲 一 一心 一 一 ， 一 二 一 一 一 一闷 二二二 二大一 ， － 甲 一 月甲一 一 ，一 甲一 ，一 ， 一 ，一 ，一 ， 皿二二二二皿二二二二 轴 向距 离 图 组 分 分 布与轴 向距 离的关 系 · 一二一」 习一 』月目硬仁皿胜 工二一三乙二‘ 二‘ ‘ 二已二二江二二』 几 图 在模拟条件下 的等离子体 发射 光谱 · 结论 本文 将局 部 的热 力 学 平 衡 和 电离平衡 的假 设 应 用 于 整 体 的非 平 衡 射 流 ， 用 宏 观 的方 法 了 解 等离子 体 的一 些微观 状态 ， 据 此 建 立 了 处 理 直 流 电弧 等 离子 体 金 刚 石 膜 沉积 的数学 模 型 应 用 上 述模 型 对 大面 积 金 刚 石 膜 沉积 的 化 学环 境 进 行 了模拟 ， 模 拟 结果 与相 同条 件 下 对 等 离子体 的光 谱诊 断 结 果 基 本 吻 合 表 明在 本 文 的实验 条 件 下 基 团可 能 是促进 金 刚 石 膜 生 长 的主 要 活 化基 团 它 沿 径 向的均 匀分 布 对 大 面 积 金 刚 石 膜 的沉积 有重 要 意 义 参 考 文 献 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 钟 国访 级 金 刚石 膜沉 积 系 统研 制 博士 论文 北 京 北 京科 技大 学 ， 陶文 轮 数 值 传 热 学 西 安 西 安 交通 大 学 出版社 ， ， 肠 ， 肛’， 乙队咬刃 肠’ 雌 ， ， ， ， 们