CVD金刚石膜中的纹理状缺陷

【作者】 罗廷礼； 孙振路； 郭辉； 蔡云虹；

【机构】 河北省激光研究所；

【摘要】 国内化学气相沉积的金刚石厚膜主要制备方法是热丝法和直流等离子体喷射法。影响这种材料推广应用的主要因素是膜中存在的纹理状缺欠。本文报导这类缺欠的形态、分类、成因、识别特征及消除方法。1.关机性纹理。这类纹理形态上有径向纹、切向环状纹,二者合并成的扇形纹及网状纹四种。径向纹可以是一条或数条,且长短不定。随膜而异。环状纹可以是偏心的单环或不闭合的多环相叠套。这些纹理可以部分透过膜的上、下界面而成断口,或停留在两界面之间某处。断口呈直立、歪斜或扭曲状,这取决于纹理两侧是拉应力、压应力或力偶。轴向附着力大时纹密网眼小。表明关机速度过快。透、反光下多为黑色,粗细随光线入射角不同而变。轴向附着力小时其关机纹多为白色的两维山峰状纹理或晶腺状——玛瑙纹,且仅在底面发育,不深入膜内。2.开机性纹理:即生长纹,黑色树枝状或网状、弯曲、压力纹,仅在膜底面出现,中心粗远端细,如同树根状,越早处越粗。纹间形成的网眼因而可消失,使膜底面呈全黑色,沿纹理中心反光情况下,往往有更细的白纹深入膜内。开机后,衬底收缩径向压膜,轴向附着力小处,首先脱衬而成起以后陆续加宽,伴随膜的整个生成之中,且透光性强。3.衬底划痕纹理:多为弧形纹,少数为直纹。由衬底上划痕引起。是凸起或凹陷取决于划痕宽、深比和宽度,细心处理衬底可消除。4.后续加工纹理:反射光下沿激光切口两侧可看到羽状纹和崩角纹或是抛光过程中碎屑形成的划痕。可调整操作工艺参数而避之。5.膜中晶界纹理:双面抛光后,偏光显微镜下通过透射光可看到不整合晶粒间的晶界,呈黑色折线状,随镜筒焦点升降而移动。膜中开机纹和关机纹往往同时发育,危害最大。中心先脱衬时纹理在上界面发育。四周先脱衬时纹理在下界面发育。前者三点抗弯断裂强度高,后者低。微纹密集处,三点抗弯断裂强度低。和试条长边垂直的断口为破型中加力所致,而非垂直性的弧形、折线或斜断口均和原生纹理有关。研究膜片中的受力情况可以借用三维应变椭球体理论,把CVD金刚石膜看成是应变椭球体中的一个切片。衬底对膜的附着力越接近合适值时,膜中纹理越稀;达到最佳值时,开、关机纹理消失。附着力的大小取决于衬底的处理情况和形核过程。要求制备的膜厚度不同时,衬底处理情况就应不一样。膜中多一条纹理切出拉丝膜芯的成品率就下降2-4%。纹理发育的金刚石膜,三点抗弯断裂强度小、热导率低,透光性差,磨耗比E值也不高。金刚石膜和衬底之间轴向附着力的设计和调控是消除膜中纹理缺欠的主要技术关键。更多还原