44 北京科技大学学报 2001年第1期 (a)抛光前 b)抛光30min后 6 (c)抛光2h后 3 1.11.21.31.41.51.61.71.11.21.31.41.51.61.71.21.31.41.51.61.7 V10'cm 图5金刚石膜热铁板抛光过程中的Raman谱 Fig.5 Raman shift of thermo-chemically polishing CVD diamond 级，因而C原子在铁中扩散的速度应远远大于 机，可以在高真空条件下，加热到1100℃，抛光 金刚石的石墨化速度.但实际过程中，除了激活 台可以在0-l0r/mim间实现无级调速，一次完成 能外，它们的速度还强烈地受到金刚石膜与铁 3片中110mm金刚石模的抛光.在980℃的实验 界面条件的影响.C的扩散是一个原子迁移过 结果表明本抛光机具有很好的工作特性 程，它要求具有良好的接触条件.原理示意图如 (2)金刚石膜热铁板抛光是通过金刚石在高 图6所示. 温下不断石墨化及C原子不断扩散溶解来实现 金刚石膜的平整化. 石量化 金刚石膜 参考文献 1 Sussmann RS,Coe S E.CVD Diamond:A New Engineer- ing Material for Thermal,Dielectric and Optical Applica- C扩散 C扩散 铁板 tions.Industrial Diamond Review,1998,3:69 图6金刚石膜与热铁板的作用机理 2 Malshe A P.Park B S,Brown W B,et al.A Review of Fig.6 Principle diagram of thermo-chemical polishing Techniques for Polishing and Planarizing Chemically Va- CVD diamond por-deposited(CVD)Diamond Films and Substrates.Dia- mond and Related Materials,1999,8:1198 实验结果表明：在抛光的开始阶段，由于界 3 Yoshikawa M.Development and Performance of a Dia- 面接触条件的限制，金刚石石墨化处于优势状 mond-film Polishing Apparatus with Hot Metals.Diamond 态，随着抛光的进行，金刚石膜与铁的接触面积 Optics III.SPIE 1325,1990.210 增大，C的扩散成为主要因素，此时金刚石膜的 4 MalsheA P,Ozkan A M,Brown W D.Sequential Multiple- laser-assisted Polishing of Free-standing CVD Diamond 表面残留的石墨减少，金刚石膜热铁板抛光也 Substrates.Diamond Rlat Mater,1997,6:1789 就是一个金刚石石墨化和C原子不断扩散的过 5 HirataA,Tokura H,Yoshigawa M.Smothing of Chemi- 程，使粗糙不平的金刚石膜达到平整的目的， cally Vapour Deposited Diamond Films by Ion Beam Irra- diation,Thin solid films,1992,212:43 4结论 6 Field JE.The Properties of Natural and Synthetic Diam- (1)研制成功国内第1台大面积热铁板抛光 ond.London:Academic Press,1992 Thermo-Chemical Polishing of Large Area CVD Diamond Films LIU Jingming,JIANG Zheng,ZHANG Hengda,LV Fanxiu,TANG Weizhong Material Science and Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The first domestic thermo-chemical polishing apparatus is setup.Three 110mm in diameter diamond films can be polished simultaneously at 10-Pa from 750C to 1 100C,with the polishing rate incre- asing with increasing temperature.The results of polishing at 980'C showed that polishing of CVD diamond films is very efficient.Thermo-chemical polishing mechanism is based on the transformation of diamond into graphite and the atomic dissolution of carbon into a hot metal. KEY WORDS CVD diamond films;thermo-chemical polishing;graphite;diffusion. 44 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 1 年 第 1期 ( a) 抛光前 } l O 伪 )抛光 03 m ni 后 (c )抛光 Z h 后 、侧麒一b 一 一 - -` 一一 -一` ~一 -` 一一 ` -一 一 ~` - - -一 .二一 - 一法 -一 -一` 一 - J一一一 J O匕 ` 曰一 ~一 1 . 2 1 . 3 1 . 4 1 . 5 1 . 6 1 . 7 1 . 1 1 . 2 1 , 3 1 . 4 1 . 5 1 . 6 1 . 7 1 . 2 刀1 0 3c m 图 5 金 刚石 膜热铁板抛光 过 程 中的 R a m . n 谱 F ig 乃 R a m a n 比ift of ht er m -o e b e . 五。 ny p o ils h in g C V D d i a m on d 3 1 . 4 1 . 5 1 . 6 1 . 7 级6[] , 因而 C 原子在铁 中扩 散的速度应远远大于 金刚石 的石墨化速度 . 但 实际过程中 , 除 了激活 能外 , 它们 的速度 还强烈地 受到金 刚石膜与铁 界面条件的影 响 . C 的扩散 是一个原子迁移过 程 , 它要 求具有 良好 的接 触条件 . 原理示意 图如 图 6 所示 . 墨化 金刚石膜 C 扩散 公 C 扩散 铁板 圈 ` 金 刚石腆 与 热铁板的 作用机 理 F 褚 . 6 P血d P】e d加 g ar m of ht e mr -oc 加m ica l op 血h in g C V D 山 a m 皿d 实验结果表 明 : 在抛光 的开始 阶段 , 由于界 面接触 条件的 限制 , 金 刚石石墨化处 于优势状 态 , 随着抛 光的进行 , 金刚石膜与铁的接触面积 增大 , C 的扩散成 为主要 因素 , 此 时金 刚石膜 的 表面残 留的石墨减少 . 金 刚石膜热铁板抛 光也 就是一个金 刚石 石墨化和 C 原子不 断扩散 的过 程 , 使粗糙不 平的金 刚石膜 达到平 整的 目的 . 4 结论 ( l) 研制成功 国 内第 1 台大面积热铁板抛光 机 , 可以 在高真 空条件下 , 加热到 1 10 0 ℃ , 抛光 台可 以在 0一 10 以m 如间实现无级调速 , 一次完成 3 片拟 10 ~ 金刚石模 的抛光 . 在 9 80 ℃ 的实验 结 果表 明本 抛光机具 有很好 的工作特性 . (2 )金刚石膜热铁板 抛光是通过金刚石在高 温下不 断石墨化及 C 原子 不断扩散溶解来 实现 金 刚石膜 的平整化 . 参 考 文 献 1 S u s s m a n n R S , C o e S E . C V D D i am o n d : A N e w E n g in e e r . in g M a te ir a l fo r hT emr a l , D i e l e e itr e an d O Pti c ia A P Pli ca￾tl o n s . nI d us 州ia D i am o n d eR vi e W, 19 98 , :3 6 9 2 M a l hs e A P, Par k B S , B r o 场, W B , 改 a l . A Re v i ew o f 介c 腼i que s for P o ll hs i n g an d p l an 面z in g C h e m i c a l ly Va - P -or d e P o s i et d (C V D ) D i am o n d F il m s an d S ub s tr at e s . D i a￾m on d an d 助lat e d M at e ir al s , 19 99 , 8 : 1 198 3 oY hs ik即胃 a M . D ve e l o P m e n t an d P e ir b mr an c e o f a 压a - m o n d 一 if lm P o ll s h in g A PPaJ 滋tU s W iht H ot M e alt s . D i am o n d 御d c s 1 1 . S P IE 132 5 , 199 0 . 2 10 4 M al s h e A P, o kz an A M , B r o 场叭 W D . S e q u e in i ia M u l ti Pl e - las -er as s i set d P o li s h l n g o f Fer e . s st nL d ign C V D D i am o n d S ub s杠. te s . D i am on d 刃at M a te几 1 9 9 7 , 6 : 1 7 8 9 S H 让妞at A , 肠幻叮 a H , OY hs ig aw a M . S m o ht in g of C h e m i - e ia ly Va P our D e OP s i et d D i am o n d F i ln s b y I o n B e am I n 习. id iat o l, Th in s o li d if lm s , 19 92 , 2 12 : 4 3 6 F i e ld J E . Th e P r o pe rt i e s o f N at 翻旧 l an d s y nl 由e tl e D i翻. · 。 n d . L o n d o n : A e a d e m ic rP e s s , 1992 hT e n n o 一 C h e m i e a l P o li s h i n g o f L a gr e 户J e a C V D D i am o n d F ilm s LI U iJ 刀例才昭 , 汤叼刀吞 hZ e 林g , Z万叼N G eH gn da L V 厂’a xn iu, 侧刀吞 肠七 ho gn M创比 ir al S c ien 沈 助 d E n g in e e inr g s c h o l , U S T B iej in g 尹e ij ing 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T hT e if r s t d o m e ist e ht e n 力。 一 e h e m i e al P o li s hj 的9 aP P田傲 ot s 1 5 s e t u P . 侧肚e e 中1 10 r n 们。 in id am e t e r d i am o n d if ln s e an b e Pof i s h e d s 加川加山 e ou s ly at 10 一 , P a fr o m 7 5 0 oC t o 1 10 0℃ , w iht ht e Po li s hi gn r at e icn er - as ign w iht in c r e a s ign t e扰 IP e ar t[ 理 e . Th e er sul st o f P o ll shi n g at 9 8 0 oC sh ow e d ht a t P o li s h in g o f C V D id am o n d if lm s 1 5 v e yr e if e i ent . hT emr -o hc e m i e al op li s hln g m e c h an i sm 1 5 b a s e d on ht e tr a n s fo mr at ion o f d i am o dn int o 脚帅讹 an d ht e a t o m ic id s of iut on of c 打b on int o a h o t m eat L K E Y W O R D S C V D id am on d if 加;5 ht emr 。 一 c h e m ic ia oP h hs ign ; g 即h iet ; id 伪is on