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《武汉工程大学》 2007年
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直流辉光氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜的研究

郑先锋  
【摘要】: 等离子体化学气相沉积(PCVD)金刚石膜拥有许多卓越的化学和物理性质,在机械、微电子、通讯和国防工业中都有着广泛的应用。目前,工业合成的CVD金刚石厚膜表面非常粗糙,需要经过抛光、切割和图形化等加工过程,才能实现其具体的工业应用。 目前国际上CVD金刚石膜的研究热点已经由制备方面的基础工艺研究过渡到了加工工艺和应用技术方面的研究。提高工业上传统机械抛光的效率,开展等离子体刻蚀金刚石膜方面的基础和应用研究,拓展等离子体刻蚀在金刚石膜加工方面的应用,是促进CVD金刚石膜进一步工业应用的关键所在!本文研究了直流辉光氧等离子体对金刚石膜的刻蚀,主要包括以下三部分内容: (1)采用自主设计和组装的直流辉光放电等离子体刻蚀系统,研究了金刚石膜的直流氧等离子体刻蚀,并发现:氧等离子体刻蚀会导致金刚石晶面的坍塌缩小,并出现大量的刻蚀深坑和柱状微尖端。在工作气压一定时,增加直流功率会导致刻蚀速率升高,方向性刻蚀增强,刻蚀坑加深,而且在晶面坍塌缩小的同时,导致刻蚀深坑由晶面蔓延到晶界。直流功率一定时,降低气压将导致类似的趋势。刻蚀深坑可以归因于氧等离子体对位错的优先刻蚀。根据所建立的刻蚀模型,探针诊断结果表明:直流功率和气压对刻蚀形貌和速率的影响机制在于不同放电条件下等离子体浓度和电子温度不同,从而得到不同的鞘电压和离子通量。而鞘电压和离子通量的增加会导致刻蚀速率的增大和刻蚀坑的加深、增多。 (2)研究了直流氧等离子体刻蚀对金刚石膜机械抛光效率和精度的影响,结果表明:适当的氧等离子体刻蚀不仅可以显著提高传统机械抛光的效率,还可以增强传统机械抛光的精度。氧等离子体刻蚀可以将致密的晶面变得疏松,锋利的晶棱钝化,从而消除了传统机械抛光的重要阻碍;同时,氧等离子体刻蚀可以在突起晶面上产生非常多的刻蚀深坑,并且导致表面无定形碳结构的形成,从而在机械抛光过程中促进了微裂纹的生长,加速了微切削过程,显著提高了机械抛光效率和精度。 (3)利用刻蚀再沉积原理制备了具有独特形貌的炭须,结果表明:当基片温度超过700℃时,可以观察到明显的刻蚀再沉积现象;控制沉积时间可以得到两类不同外形的炭须,提高电压和基片温度可以获得竖直排列的炭须。分析表明炭须的沉积是由于过快的刻蚀速率导致溅射出的碳原子和碳的氧化物的再沉积,而炭须的电子场发射性能屏蔽了氧离子对其的刻蚀。
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN304

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