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《郑州大学》 2005年
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柔性衬底上金刚石薄膜的制备及其附着性能研究

程春晓  
【摘要】:本文采用石英钟罩式微波等离子增强化学气相沉积装置,在柔性衬底铜衬底上沉积了附着性能良好的金刚石薄膜,详细研究了不同过渡层对薄膜附着性能的影响,研究结果表明:在铜基底上采用Ti-Al-Mo过渡层是提高金刚石薄膜附着力的有效方法。 本文还研究了不同粒度金刚石微粉丙酮溶液超声预处理、衬底温度、沉积时间等工艺参数对金刚石薄膜与铜基底的附着性能及薄膜质量的影响,通过优化工艺参数可以提高薄膜在衬底上的形核率,减小晶粒尺寸,提高薄膜质量。 提高金刚石薄膜与铜衬底附着力的关键是减小沉积结束后降温过程中产生的膜基热应力和提高膜基间化学键结合。我们采用添加过渡层的方法来释放膜基间热应力,从而提高膜/基附着力。采用单层钛、钼过渡层,膜/基间附着力的提高不明显,而且金刚石膜往往从过渡层上脱落。采用钛-钼双层过渡层,膜/基间结合力有所提高,但部分金刚石膜仍然从过渡层处脱落,采用洛氏硬度仪检测未脱落金刚石膜与基体间的结合力时发现,压痕周围金刚石膜碎裂脱落;采用钛铝-钼过渡层,金刚石膜和铜衬底间的结合力大大提高。采用压痕法检测膜基附着力时,压头周围的金刚石膜碎裂但没有脱落,XRD测试发现薄膜与衬底间生成了Ti_8CuAl_(23)、Ti_3AlC、Al_2Mo_3C、Al_3Ti、Al_3Mo、Mo_2C等铜、碳、钛、铝、钼的多种化合物。正是这些化合物形成的化学结合提高了金刚石薄膜和铜衬底间的附着力。 在钛-铝-钼作中间过渡层的基础上,着重研究了过渡层的厚度、不同粒度金刚石微粉丙酮溶液超声处理、沉积温度、沉积时间等条件对薄膜表面形貌与附着性能的影响。研究结果表明:采用粒度为250nm和10μm的金刚石微粉超声处理、反应气体为CH_41.2sccm/H_2100sccm、沉积气压6KPa、沉积温度850℃、沉积时间为8小时,制备的金刚石膜的晶粒取向都为(100)面。采用250nm金刚石粉超声处理的金刚石薄膜晶粒大小平均为0.9μm,采用10μm粒度金刚石粉超声处理样品金刚石膜的晶粒大小平均为1.3μm。采用粒度为250nm金刚石粉超声
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TB43

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【引证文献】
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【参考文献】
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