CN110230040B - 一种立方氮化硼薄膜的生产方法 - Google Patents

一种立方氮化硼薄膜的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种立方氮化硼薄膜的生产方法属于化学合成领域。主要是为解决目前立方氮化硼薄膜制备在薄膜的黏附性、厚度和立方相含量等方面仍存在诸多问题而发明的。采用三等离子体循环CVD法；将原料BF3、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后进入静态混合器，在静态混合器中混合，形成的混合气体进入到加热器内加热，然后进入到等离子反应室，在等离子反应室内的基体上生产成立方氮化硼薄膜。根据等离子反应室出口混合气体中BF3和NH3的浓度，调节控制向等离子反应室内补加BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的BF3和NH3的浓度不变。优点是所制得的薄膜对基底附着力好且经久坚固，薄膜厚度达80微米以上。

Description

一种立方氮化硼薄膜的生产方法
技术领域：
本发明属于化学合成领域，具体是涉及一种用化学气相沉积（CVD）的方法生产立方氮化硼薄膜的技术。
背景技术：
立方氮化硼（cBN）是一种具有高热稳定性、高耐磨性、高化学稳定性的新型高技术材料。除了应用于切削工具、超硬涂层外，cBN热导率高、绝缘性好，从红外到紫外包括可见光的波谱范围内具有良好的透过性，这使得它可以用作光学器件的窗口材料或表面保护涂层。cBN涂层具有良好的抗热冲击性能，可以作为经常承受热冲击的电子器件的防护涂层。cBN具有负电子亲和势，是一种很好的场发射材料。cBN禁带宽，易于实现n型和p型掺杂，使其在电子、光电子、光学器件和平板显示领域有着非凡的应用前景。
cBN薄膜的制备以气相沉积为主，包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。
物理气相沉积PVD法制备立方氮化硼薄膜主要有以下几种：
离子化蒸镀法：所用原料为硼（B）、氮气（N2）；离子轰击-蒸镀法（IVD）：所用原料为氮化硼（BN）、N+；激光蒸镀法：所用原料为HBN、N+；反应性离子镀溅射法：所用原料为B、N2；反应性脉冲等离子法：所用原料为B、N2、H2；反应性射频等离子体溅射法：所用原料为BN、N2、Ar；离子束沉积法：所用原料为B3N3H6、离子化；激光蒸镀和离子束轰击并用LDVD法：所用原料为BN、N2、Ar；HCD-ARE法：所用原料为B、N2、Ar；活性化学反应蒸镀法：所用原料为：H3BO3、NH3；双等离子束轰击法：所用原料为BN、N+。
化学气相沉积CVD法制备立方氮化硼薄膜主要有以下几种：
等离子化学输送法：所用原料为B、N2、H2；射频等离子CVD法：所用原料为B2H6、NH3、H2；微波等离子CVD法：所用原料为B2H6、N2；反应性脉冲等离子CVD法：所用原料为B2H6、N2、H2；有机金属分解的Mo-CVD法：所用原料为（C2H6）2B、NH3；分子流化气相沉积法（ME-CVD）：所用原料为NH3、B10H14。
Matsumoto和直流喷射等离子体化学沉积系统中，利用Ar-N2-BF3-H2作为反应气体，制备了厚度为20微米（μm）左右、c-BN含量约85%的cBN膜。
目前，立方氮化硼薄膜制备在薄膜的黏附性、厚度和立方相含量等方面仍存在诸多问题，如薄膜的黏附性差、厚度薄、立方相含量低等，极大地限制了cBN膜在工业上的应用。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种可生产出厚度大于80微米、立方氮化硼c-BN含量高于90%，且具有良好的化学稳定性，可用于集成电路技术的立方氮化硼薄膜的生产方法。
上述目的是这样实现的：将原料BF3、NH3与辅助气体Ar、H2分别经流量计后，在静态混合器中充分混合成Ar-BF3-NH3-H2混合气体，该混合气体进入加热器加热，然后进入等离子反应室，在氮化镓等基体上生长成立方氮化硼（cBN）薄膜。混合气体从等离子反应室出来，经压缩机压缩后循环使用。
具体方法为：采用三等离子体循环CVD法；所述的三等离子体循环法包括在等离子反应室中设置三个等离子发生器，设置了压缩机，压缩机将从等离子反应室出口出来的气体压缩后返送至静态混合器；与补加的三氟化硼（BF3）和气氨（NH3）一起进入到等离子反应室循环使用；
将原料BF3、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后经管道进入静态混合器，在静态混合器中混合，混合时间为1-5秒，所形成的混合气体经管道进入到加热器内加热到413k-463k，然后经管道进入到等离子反应室，在等离子反应室内的基体上生产成立方氮化硼（c-BN）薄膜。
所述的等离子反应室是一个不锈钢316L或其它耐腐蚀材质的反应器。
所述原料混合气中，原料组分的摩尔比为：
BF3：NH3=1:2-3； Ar：（BF3+NH3）=1-2:10；
H2：BF3=9-15:10；H2：NH3=2-5:5；
整个反应系统在加入原料气体之前，先抽真空，使环境气压为13.3pa；原料气体在等离子反应室内反应时的压力为110—300Pa；
原料混合温度298k—318k，（静态混合器出口温度）；
基板温度480k—720k；等离子反应室的反应温度为 510k—960k；
射频（RF）频率分别为：第一等离子发生器13.56MHz、第二等离子发生器27.12MHz、第三等离子发生器40.68MHz。
从等离子反应室出来的混合气体由压缩机抽送至加热器入口。
根据等离子反应室出口混合气体中BF3和NH3的浓度（从等离子室出口的在线分析仪取样分析），调节控制向等离子反应室内补加BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的BF3和NH3的浓度不变，辅助气体Ar、H2则停止加入。当混合尾气中的BF3和NH3的浓度低于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，通过控制阀门向等离子反应室补加BF3和NH3；补加的BF3和NH3先进入静态混合器混合，经过加热器加热再进入等离子反应室。
当等离子体室出口混合气体中BF3和NH3的浓度等于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，停止向等离子体室补加BF3和NH3，等离子反应室中的Ar-BF3-NH3-H2混合气体抽吸去吸收装置，由碳酸钙水溶液吸收处理。
所述的基体为氮化镓、砷化镓、碳化硼、硅、石英玻璃等。
可以用三氟化硼-10（10BF3）和三氟化硼-11（11BF3）来代替三氟化硼（BF3）作为原料，用上述方法和设备制备出立方氮化硼-10（c10 BN）薄膜和立方氮化硼-11（c11BN）薄膜。三氟化硼-10和三氟化硼-11的用量与三氟化硼的用量相同，三氟化硼-10的丰度在95%以上；三氟化硼-11的丰度在99%以上。
本发明的优点是：可生产出厚度可达80微米以上（拉曼光谱检测）、立方氮化硼c-BN含量达90%—100%（傅里叶变换红外FTIR光谱检测），微米级的c-BN晶体生产良好，且具有良好的化学稳定性，可用于集成电路技术的立方氮化硼薄膜。上述薄膜涂覆在砷化镓和氮化镓等基体上，可大幅提升砷化镓、氮化镓等材料的电子性能。砷化镓、氮化镓分别是第二代、第三代相控阵雷达的T/R模块材料，所以本发明对提升相控阵雷达性能有重要的现实意义，而相控阵雷达的性能对军队的制信息权极为重要。
本发明的最大优势在于可大幅降低膜应力，所制得的薄膜对基底附着力好且经久坚固，薄膜厚度达80微米以上。
由浓缩硼-10（丰度在95%以上）生产的立方氮化硼-10薄膜，可用于飞机驾驶舱、军舰舰桥和特种车辆玻璃的外层涂覆，在不影响观察性能的前提下，起到耐磨、增加强度的作用，特别是可防护核辐射。
由浓缩硼-11（丰度在99%以上）生产的立方氮化硼-11薄膜，可作为特殊电子基板，用于高辐射的太空环境，可显著延长卫星的使用寿命，保护珍贵的太空资产；由立方氮化硼-11薄膜作为特殊电子基板的电子设备，可保障战时辐射条件下的国防及民用电讯网络安全，具有重要的战略意义。
附图说明：
图1是本发明的生产流程示意图。图中1是H2 储罐，2是Ar储罐，3是NH3储罐，4是BF3储罐，5是静态混合器，6是加热器，7是等离子反应室，8是第一等离子发生器，9是第二等离子发生器，10是第三等离子发生器，11是在线分析仪，12是压缩机，13是去吸收装置管道，14是挡板，15是基板。
具体实施方式：
下面结合图1对本发明做进一步说明；
将原料BF3、NH3与辅助气体Ar、H2分别经流量计后，在静态混合器中充分混合成Ar-BF3-NH3-H2混合气体，该混合气体进入加热器加热，然后进入等离子反应室，在氮化镓等基体上生长成立方氮化硼（cBN）薄膜。混合气体从等离子反应室出来，经压缩机压缩后循环使用。
具体方法为：采用三等离子体循环CVD法；所述的三等离子体循环法包括在等离子反应室中设置三个等离子发生器，设置了压缩机，压缩机将从等离子反应室出口出来的气体压缩后返送至静态混合器；与补加的三氟化硼（BF3）和气氨（NH3）一起进入到等离子反应室循环使用；
将原料BF3、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后经管道进入静态混合器，在静态混合器中混合，混合时间为1-5秒，所形成的混合气体经管道进入到加热器内加热到413k-463k，然后经管道进入到等离子反应室，在等离子反应室内的基体上生产成立方氮化硼（c-BN）薄膜。
所述的等离子反应室是一个不锈钢316L或其它耐腐蚀材质的反应器。
所述原料混合气中，原料组分的摩尔比为：
BF3：NH3=1:2-3； Ar：（BF3+NH3）=1-2:10；
H2：BF3=9-15:10；H2：NH3=2-5:5；
整个反应系统在加入原料气体之前，先抽真空，使环境气压为13.3pa；原料气体在等离子反应室内反应时的压力为110—300Pa；
原料混合温度298k—318k，（静态混合器出口温度）；
基板温度480k—720k；等离子反应室的反应温度为 510k—960k；
射频（RF）频率分别为：第一等离子发生器13.56MHz、第二等离子发生器27.12MHz、第三等离子发生器40.68MHz。
从等离子反应室出来的混合气体由压缩机抽送至加热器入口。
根据等离子反应室出口混合气体中BF3和NH3的浓度（从等离子室出口的在线分析仪取样分析），调节控制向等离子反应室内补加BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的BF3和NH3的浓度不变，辅助气体Ar、H2则停止加入。当混合尾气中的BF3和NH3的浓度低于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，通过控制阀门向等离子反应室补加BF3和NH3；补加的BF3和NH3先进入静态混合器混合，经过加热器加热再进入等离子反应室。
当等离子体室出口混合气体中BF3和NH3的浓度等于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，停止向等离子体室补加BF3和NH3，等离子反应室中的Ar-BF3-NH3-H2混合气体抽吸去吸收装置，由碳酸钙水溶液吸收处理。
所述的基体为氮化镓、砷化镓、碳化硼、硅、石英玻璃等。
可以用三氟化硼-10（10BF3）和三氟化硼-11（11BF3）来代替三氟化硼（BF3）作为原料，用上述方法和设备制备出立方氮化硼-10（c10 BN）薄膜和立方氮化硼-11（c11BN）薄膜。三氟化硼-10和三氟化硼-11的用量与三氟化硼的用量相同，三氟化硼-10的丰度在95%以上；三氟化硼-11的丰度在99%以上。
实施例1，
将原料BF3、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后经管道进入静态混合器，原料组分的摩尔比为：BF3：NH3=1:2； Ar：（BF3+NH3）=1:10；H2：BF3=12:10；H2：NH3=3:5；原料在静态混合器中混合，混合时间为4秒，原料混合温度298k，所形成的混合气体经管道进入到加热器内加热到423k，然后经管道进入到等离子反应室，在等离子反应室内的氮化镓上生产成立方氮化硼（c-BN）薄膜。整个反应系统在加入原料气体之前，先抽真空，使环境气压为13.3pa；原料气体在等离子反应室内反应时的压力为200Pa；基板温度550k；等离子反应室的反应温度为 660k；射频（RF）频率分别为：第一等离子发生器13.56MHz、第二等离子发生器27.12MHz、第三等离子发生器40.68MHz。从等离子反应室出来的混合气体由压缩机抽送至加热器入口。根据等离子反应室出口混合气体中BF3和NH3的浓度，调节控制向等离子反应室内补加BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的BF3和NH3的浓度不变，辅助气体Ar、H2则停止加入。当混合尾气中的BF3和NH3的浓度低于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，通过控制阀门向等离子反应室补加BF3和NH3；补加的BF3和NH3先进入静态混合器混合，经过加热器加热再进入等离子反应室。当等离子体室出口混合气体中BF3和NH3的浓度等于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，停止向等离子体室补加BF3和NH3，等离子反应室中的Ar-BF3-NH3-H2混合气体抽吸去吸收装置，由碳酸钙水溶液吸收处理。在等离子反应室内的氮化镓上生产成立方氮化硼（c-BN）薄膜经拉曼光谱检测，薄膜厚度达102微米，经傅里叶变换红外FTIR光谱检测立方氮化硼c-BN含量达90%—100%，拉曼光谱微米级的c-BN晶体生产良好，且具有良好的化学稳定性，可用于集成电路中。
实施例2，
将原料BF3、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后经管道进入静态混合器，原料组分的摩尔比为：BF3：NH3=1:3； Ar：（BF3+NH3）=2:10；H2：BF3=15:10；H2：NH3=2:5；原料在静态混合器中混合，混合时间为1秒，原料混合温度318k，所形成的混合气体经管道进入到加热器内加热到413k，然后经管道进入到等离子反应室，在等离子反应室内的氮化镓上生产成立方氮化硼（c-BN）薄膜。整个反应系统在加入原料气体之前，先抽真空，使环境气压为13.3pa；原料气体在等离子反应室内反应时的压力为300Pa；基板温度720k；等离子反应室的反应温度为 510k；射频（RF）频率分别为：第一等离子发生器13.56MHz、第二等离子发生器27.12MHz、第三等离子发生器40.68MHz。从等离子反应室出来的混合气体由压缩机抽送至加热器入口。根据等离子反应室出口混合气体中BF3和NH3的浓度（从等离子室出口的在线分析仪取样分析），调节控制向等离子反应室内补加BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的BF3和NH3的浓度不变，辅助气体Ar、H2则停止加入。当混合尾气中的BF3和NH3的浓度低于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，通过控制阀门向等离子反应室补加BF3和NH3；补加的BF3和NH3先进入静态混合器混合，经过加热器加热再进入等离子反应室。当等离子体室出口混合气体中BF3和NH3的浓度等于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，停止向等离子体室补加BF3和NH3，等离子反应室中的Ar-BF3-NH3-H2混合气体抽吸去吸收装置，由碳酸钙水溶液吸收处理。在等离子反应室内的氮化镓上生产成立方氮化硼（c-BN）薄膜经拉曼光谱检测，薄膜厚度达103微米，经傅里叶变换红外FTIR光谱检测立方氮化硼c-BN含量达96%，拉曼光谱微米级的c-BN晶体生产良好，且具有良好的化学稳定性，可用于集成电路中。
实施例3，
将原料BF3、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后经管道进入静态混合器，原料组分的摩尔比为：BF3：NH3=1.5:3；Ar：（BF3+NH3）=1.8:10；H2：BF3=9:10；H2：NH3=5:5；原料在静态混合器中混合，混合时间为1秒，原料混合温度308k，所形成的混合气体经管道进入到加热器内加热到463k，然后经管道进入到等离子反应室，在等离子反应室内的氮化镓上生产成立方氮化硼（c-BN）薄膜。整个反应系统在加入原料气体之前，先抽真空，使环境气压为13.3pa；原料气体在等离子反应室内反应时的压力为110Pa；基板温度480k；等离子反应室的反应温度为 960k；射频（RF）频率分别为：第一等离子发生器13.56MHz、第二等离子发生器27.12MHz、第三等离子发生器40.68MHz。从等离子反应室出来的混合气体由压缩机抽送至加热器入口。根据等离子反应室出口混合气体中BF3和NH3的浓度（从等离子室出口的在线分析仪取样分析），调节控制向等离子反应室内补加BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的BF3和NH3的浓度不变，辅助气体Ar、H2则停止加入。当混合尾气中的BF3和NH3的浓度低于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，通过控制阀门向等离子反应室补加BF3和NH3；补加的BF3和NH3先进入静态混合器混合，经过加热器加热再进入等离子反应室。当等离子体室出口混合气体中BF3和NH3的浓度等于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，停止向等离子体室补加BF3和NH3，等离子反应室中的Ar-BF3-NH3-H2混合气体抽吸去吸收装置，由碳酸钙水溶液吸收处理。在等离子反应室内的氮化镓上生产成立方氮化硼（c-BN）薄膜经拉曼光谱检测，薄膜厚度达100微米，经傅里叶变换红外FTIR光谱检测立方氮化硼c-BN含量达100%，拉曼光谱微米级的c-BN晶体生产良好，且具有良好的化学稳定性，可用于集成电路中。
实施例4，
将原料三氟化硼-10（10BF3）、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后经管道进入静态混合器，原料组分的摩尔比为：10BF3：NH3=1:3； Ar：（10BF3+NH3）=2:10；H2：10BF3=15:10；H2：NH3=2:5；原料在静态混合器中混合，混合时间为1秒，原料混合温度318k，所形成的混合气体经管道进入到加热器内加热到413k，然后经管道进入到等离子反应室，在等离子反应室内的氮化镓上生产成立方氮化硼-10（c10 BN）薄膜。整个反应系统在加入原料气体之前，先抽真空，使环境气压为13.3pa；原料气体在等离子反应室内反应时的压力为240Pa；基板温度610k；等离子反应室的反应温度为750k；射频（RF）频率分别为：第一等离子发生器13.56MHz、第二等离子发生器27.12MHz、第三等离子发生器40.68MHz。从等离子反应室出来的混合气体由压缩机抽送至加热器入口。根据等离子反应室出口混合气体中10BF3和NH3的浓度，调节控制向等离子反应室内补加10BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的10BF3和NH3的浓度不变，辅助气体Ar、H2则停止加入。当混合尾气中的10BF3和NH3的浓度低于原料混合气体中的10BF3和NH3的初始浓度时，通过控制阀门向等离子反应室补加10BF3和NH3；补加的10BF3和NH3先进入静态混合器混合，经过加热器加热再进入等离子反应室。当等离子体室出口混合气体中10BF3和NH3的浓度等于原料混合气体中的10BF3和NH3的初始浓度时，停止向等离子体室补加10BF3和NH3。
实施例5，
将原料三氟化硼-11（11BF3）、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后经管道进入静态混合器，原料组分的摩尔比为：11BF3：NH3=1:3； Ar：（11BF3+NH3）=2:10；H2：11BF3=15:10；H2：NH3=2:5；原料在静态混合器中混合，混合时间为4秒，原料混合温度308k，所形成的混合气体经管道进入到加热器内加热到455k，然后经管道进入到等离子反应室，在等离子反应室内的砷化镓上生产成立方氮化硼-11（c11BN）薄膜。整个反应系统在加入原料气体之前，先抽真空，使环境气压为13.3pa；原料气体在等离子反应室内反应时的压力为270Pa；基板温度695k；等离子反应室的反应温度为750k；射频频率分别为：第一等离子发生器13.56MHz、第二等离子发生器27.12MHz、第三等离子发生器40.68MHz。从等离子反应室出来的混合气体由压缩机抽送至加热器入口。根据等离子反应室出口混合气体中11BF3和NH3的浓度，调节控制向等离子反应室内补加11BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的11BF3和NH3的浓度不变，辅助气体Ar、H2则停止加入。当混合尾气中的11BF3和NH3的浓度低于原料混合气体中的11BF3和NH3的初始浓度时，通过控制阀门向等离子反应室补加11BF3和NH3；补加的11BF3和NH3先进入静态混合器混合，经过加热器加热再进入等离子反应室。当等离子体室出口混合气体中11BF3和NH3的浓度等于原料混合气体中的11BF3和NH3的初始浓度时，停止向等离子体室补加11BF3和NH3。

Claims (4)

1.一种立方氮化硼薄膜的生产方法，其特征是：采用三等离子体循环CVD法；
将原料BF3、NH3和辅助气体Ar、H2分别经流量计后经管道进入静态混合器，在静态混合器中混合，混合时间为1-5秒，所形成的混合气体经管道进入到加热器内加热到413K -463K，然后经管道进入到等离子反应室，在等离子反应室内的基体上生产成立方氮化硼薄膜；
整个反应系统在加入原料气体之前，先抽真空，使环境气压为13.3Pa ；原料气体在等离子反应室内反应时的压力为110—300Pa；
原料混合温度298K —318K ；
射频频率分别为：第一等离子发生器13.56MHz、第二等离子发生器27.12MHz、第三等离子发生器40.68MHz；
从等离子反应室出来的混合气体由压缩机抽送至加热器入口；
根据等离子反应室出口混合气体中BF3和NH3的浓度，调节控制向等离子反应室内补加BF3和NH3的数量，以保证混合气体中的BF3和NH3的浓度不变，辅助气体Ar、H2则停止加入；当混合尾气中的BF3和NH3的浓度低于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，通过控制阀门向等离子反应室补加BF3和NH3；补加的BF3和NH3先进入静态混合器混合，经过加热器加热再进入等离子反应室；
当等离子体室出口混合气体中BF3和NH3的浓度等于原料混合气体中的BF3和NH3的初始浓度时，停止向等离子体室补加BF3和NH3，等离子反应室中的Ar-BF3-NH3-H2混合气体抽吸去吸收装置，由碳酸钙水溶液吸收处理；
所述原料混合气中，原料组分的摩尔比为：BF3：NH3＝1:2-3；
Ar：(BF3+NH3)＝1-2:10；H2：BF3＝9-15:10；H2：NH3＝2-5:5。
2.按照权利要求1所述的立方氮化硼薄膜的生产方法，其特征是：基板温度480K —720K ；等离子反应室的反应温度为510K —960K 。
3.按照权利要求1所述的立方氮化硼薄膜的生产方法，其特征是：所述的基体为氮化镓、砷化镓、碳化硼、硅、石英玻璃。
4.按照权利要求1所述的立方氮化硼薄膜的生产方法，其特征是：能够用三氟化硼-10(10BF3)和三氟化硼-11(11BF3)来代替三氟化硼(BF3)作为原料，分别制备出立方氮化硼-10(c10 BN)薄膜和立方氮化硼-11(c11BN)薄膜。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006024386A2 (de) * 2004-09-02 2006-03-09 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Schichtverbund mit kubischen bornitrid
CN103628036A (zh) * 2013-12-12 2014-03-12 南京航空航天大学 立方氮化硼涂层刀具的制备方法
CN105603387A (zh) * 2016-02-11 2016-05-25 广东工业大学 氮化硼系复合涂层、具有该复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法
CN108624881A (zh) * 2018-05-10 2018-10-09 广州番禺职业技术学院 一种干切削刀具及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090130414A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-21 Air Products And Chemicals, Inc. Preparation of A Metal-containing Film Via ALD or CVD Processes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006024386A2 (de) * 2004-09-02 2006-03-09 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Schichtverbund mit kubischen bornitrid
CN103628036A (zh) * 2013-12-12 2014-03-12 南京航空航天大学 立方氮化硼涂层刀具的制备方法
CN105603387A (zh) * 2016-02-11 2016-05-25 广东工业大学 氮化硼系复合涂层、具有该复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法
CN108624881A (zh) * 2018-05-10 2018-10-09 广州番禺职业技术学院 一种干切削刀具及其制备方法

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