毕业论文 正文(修改).doc

引言：随着汽车、航空和航天工业的迅速发展,对材料的轻质量化、高比强度的要求日益提高,有色金属及合金、碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料、纤维增强金属以及石墨、陶瓷等新材料在工业中得到越来越广泛的应用,普通的高速钢和硬质合金刀具在对这些材料进行机械加工时,其缺陷就明显暴露出来。金刚石膜具有高硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、高稳定性、宽能隙和载流子高迁移率等优异性质和这些优异特性的组合，是一种在传统工业、军事、航天航空和高科技领域具有广泛应用前景的新材料，被称为是继石器时代、青铜器时代、钢铁时代、硅时代以来的第五代新材料，亦被称为是继塑料发明以来在材料科学领域的最伟大的发明。??? 微波等离子体化学气相沉积金刚石膜（简称：CVD金刚石膜），具有沉积速度快、纯度高、成膜均匀、面积大、结晶好、成本低等优点，是当今国际上制备金刚石膜的最先进方法，亦是金刚石膜制备技术的发展方向。世界上各大金刚石膜制品公司皆主要采用微波等离子体化学气相法制备金刚石膜。eV,因此即使在较高的温度下,电子从价带到导带的跃迁几率也比较小, 同时金刚石由于掺杂诱导的半导体性质,可用于制作高温半导体器件,并有希望成为替代材Si料的新一代半导体材料。由于金刚石具有很高的电子、空穴迁移率,特别是它的空穴迁移是Si的4倍[1],使制作的电路具有很高的运行速度,此外由辐射所引起的载流子不易积累而影响器件的特性,因而是制作高可靠性、抗辐射半导体器件的理想材料。 热学性能 金刚石优异的热学性质突出地表现在金刚石的热导率是所有物质中最高的,并且它的热膨胀系数同具有较高热导率的其它金属材料相比,更接近于制作电子器件的Si等材料的热膨胀系数,因而是大功率半导体激光器、微波器件和集成电路的理想散热衬底材料热沉,采用金刚石膜作为热沉的上述器件性能有了明显的改善。 光学性能 除了在红外区的1.8～2.5这一小段带域外,在从吸收端紫外区的2250到红外区的 25波长范围内,金刚石的透光性能优良,尤其在红外波段的光学透明性,使其成为制作高密度,防腐耐磨红外光学窗口的理想材料。 声学性能 金刚石具有高的杨氏模量和弹性模量,便于高频声学波高保真传输,是制作高灵敏的表面声学波滤波器（SAW）的新型材料。 生物医学性能 金刚石膜生物医学应用这是目前国外最为活跃的研究领域之一。这是因为金刚石具有极佳的生物相容性(在所有生物环境中极其稳定),优异的半导体性质和极佳的电化学性能和非常好的化学惰性(常温下不与任何已知的酸碱介质包括王水反应),以及金刚石表面对生物分子(如蛋白质和DNA)的选择性使其成为理想的生物芯片支撑体和生物传感器衬底(载体)。采用金刚石膜为衬底(支撑体)研制的生物芯片和生物传感器除了比现有产品性能更高,更稳定、更可靠之外,还可能具有现有采用玻璃、硅或金表面支撑的产品所根本不可能具备的特殊性能。 正是由于金刚石的上述优异性质及广阔的应用前景,引起了人们对这种材料的极大重视。但是由于天然金刚石的储量少、价格十分昂贵,而在50年代发展起来的高温高压法合成的金刚石为粉末状,生长大颗粒的金刚石成本很高[2],因此使金刚石的实际应用受到很大限制。近十年来,金刚石的低压合成方法取得了迅速的发展,采用化学气相沉积（CVD)方法,可以制备出各种形状与尺寸的金刚石膜（CVD金刚石）,从而使金刚石的应用领域得到扩展,为金刚石在力学、电学、光学、热学和声学等领域的应用奠定了基础。 金刚石薄膜制备方法及其原理 金刚石薄膜制备方法 热丝CVD法（HFCVD） 此方法是热分解法合成金刚石薄膜的发展，最早是在1982年由日本科学家Matsumoto和Sato等提出的。该方法虽提出较早，但目前使用仍非常普遍，并且已经发展成沉积金刚石薄膜较为成熟的方法之一。这种方法的基本原理是靠在衬底上方设置金属热丝（如钨、钽丝等）高温（2000～2200℃）加热分解含碳的气体，形成活性粒子在原子氢的作用下在衬底（保持在700～1000℃）上沉积而形成金刚石。此方法简单易行，缺点就是沉积速率较慢（V10m/h，不均匀，工艺稳定性差，易污染。最近还提出两种改良的HFCVD模型：反应气体分送的HFCVD法[3]（碳源气体和氢气由热丝的下方和上方分别送入）和电子助进的HFCVD法[4]（给衬底加一大约150V的偏压）。改良后的HFCVD法获得了比一般HFCVD法具有更高的沉积速率，而且金刚石薄膜的质量也得到了显著的提高。 燃烧火焰沉积法（Flame Deposition） 此方法最早是在1988年由日本学者Hirose等提出，随后在Naval研究室得到证实，成为金刚石薄膜制备的一种很好的方法。该方法所使用的碳源气体为乙炔，助燃气体为氧气。将两种气体在乙炔枪中混合，在大气中燃烧，燃烧火焰分为三个区：内焰、外焰和还原焰，将衬底放置在