CN1563479A - 纳米微晶金刚石薄膜及其制备方法 - Google Patents
纳米微晶金刚石薄膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1563479A CN1563479A CN 200310109045 CN200310109045A CN1563479A CN 1563479 A CN1563479 A CN 1563479A CN 200310109045 CN200310109045 CN 200310109045 CN 200310109045 A CN200310109045 A CN 200310109045A CN 1563479 A CN1563479 A CN 1563479A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- ncd
- mcd
- diamond
- diamond thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 40
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 7
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 2
- 238000004050 hot filament vapor deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 abstract 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N adamantane Chemical compound C1C(C2)CC3CC1CC2C3 ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001573 adamantine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明为一种纳米微晶金刚石薄膜及其制备方法。该薄膜为一种多层复合膜，由纳米尺寸的金刚石薄膜NCD和亚微米尺寸的金刚石薄膜依次交替相叠组成。每层NCD厚度为0.01－0.08微米，MCD厚度为0.1－0.3微米。其制备采用电子束辅助热灯丝化学气相沉积方法，二步法金刚石高密度成核优化生长工艺，多光束干涉薄膜厚度实时监控工艺，并选用合适的优化工艺条件。所得纳米微晶金刚石薄膜，除了具有CVD金刚石的优良性能外，其表面光散射大为减少，且短波透射率有明显改善。可广泛用作红外及可见光光学保护膜和增透膜、增反膜等光学器件。
Description
技术领域
本发明属薄膜材料技术领域，具体涉及一种纳米微晶金刚石薄膜及其制备方法。
背景技术
化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜是国际材料科学的一个新兴研究热点，它具有与天然金刚石十分接近的一系列优良性质，在科学技术，工业，军工，轻工等许多领域具有重大的应用价值。它的禁带宽度是5.4ev(电子伏特)，这使它从紫外直到远红外均具有极好的光学透过性，且具有极高的硬度和化学稳定性，是制备红外光学保护膜和增透膜的理想材料。具有高强度、高透射、高热导、耐高温、耐腐蚀、热涨小的特点，能有效克服传统材料的固有缺陷，成为21世纪新兴高科技材料。
由于金刚石薄膜是多晶薄膜，因此其表面通常比较粗糙，导致很严重的表面光散射，使光能量利用率降低，而且成象模糊。限制了它在光学器件方面的应用。
近年来随着纳米技术的飞速发展，纳米金刚石薄膜研究成为金刚石薄膜领域的一个活跃分支。在保留CVD金刚石薄膜的大部分优点的同时，它具有晶粒致密，表面光滑，与其它材料附着力强的特点，受到人们的关注。但是纳米金刚石薄膜由于其生长条件的限制，在薄膜内部一般存在少量石墨、无定型碳及碳氢化合物等杂质，使它的光学吸收率比天然金刚石和CVD金刚石薄膜的吸收率大，也使光能量利用率降低，还会引入一些特定的吸收带。
发明内容
本发明的目的在于提出一种表面光散射大为减少，而仍能保持CVD金刚石良好性能的纳米微晶金刚石薄膜材料及其制备方法。
本发明提出的纳米微晶金刚石薄膜，是一种多层复合膜。它由小颗粒纳米尺寸CVD金刚石薄膜(以下简称金刚石纳晶薄膜，记作NCD)及大颗粒亚微米尺寸的CVD金刚石薄膜(以下简称金刚石微晶薄膜，记作MCD)依次交替相叠组成。其中MCD层较厚，由于其金刚石纯度高，所以光学吸收小，品质优良。其上沉积很薄的一层致密小颗粒纳米金刚石膜，这种NCD膜层能有效填充MCD大颗粒金刚石晶粒之间的空隙，降低薄膜的表面粗糙度，从而可大大减少光线在薄膜表面及体内的散射。同时，由于NCD膜很薄，对于整个纳米微晶金刚石复合薄膜的光学透射率影响不大。其结构如图1所示。
本发明中，每层MCD膜的厚度一般为0.1-0.3微米，每层NCD膜的厚度为0.01-0.08微米。以一层MCD膜、一层NCD膜为复合层次，则复合膜的复合层次可为1-10，具体可根据实际需要选定。
本发明的纳米微晶金刚石薄膜的制备方法如下：
采用电子束辅助热灯丝化学气相沉积方法，沉积金刚石薄膜，甲烷和氢气作为还原气氛，
1.成核阶段：甲烷3-10％其余为氢气，
2.长膜阶段：甲烷1-4％其余为氢气，
制备过程中，控制气体流量：50-250SCCM(标准立方厘米/每分钟)，控制灯丝温度：1900-2200℃，控制基板温度：沉积MCD膜时为：680-750℃，沉积NCD膜时为：600-680℃；MCD膜和NCD膜交替沉积，直至需要的厚度。
本发明采用二步法金刚石高密度成核优化生长工艺，可保证金刚石薄膜的高密度成核及定向晶面生长。
本发明中，可采用多光束干涉薄膜厚度实时监控工艺，以精密监控MCD及NCD膜层厚度。
由本发明获得的纳米微晶金刚石薄膜，除了具有CVD金刚石的优良性能外，其表面平整光滑，光散射大大减少，且其短波透射率又有明显改善。可用于制备红外及可见光光学保护膜和增透膜、增反膜等光学器件。
附图说明
图1为本发明的纳米微晶金刚石薄膜的结构示意图。其中，(a)为NCD层，(b)为MCD层，(c)为基板。
图2为本发明的纳米微晶金刚石薄膜的扫描电子显微镜(SEM)照片。其中，图2(a)为金刚石微晶薄膜，图2(b)为纳米微晶金刚石复合薄膜，可以观察到金刚石纳晶薄层覆盖于金刚石微晶层之上。
图3为本发明的纳米微晶金刚石薄膜的透射率实测曲线。其中，虚线为一般CVD金刚石微晶薄膜之透射率实线为纳米微晶金刚石复合薄膜之透射率，其短波段透射性能明显改善。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明，但不限于该实施例。
实施例1，厚度为0.4微米、直径为12毫米的纳米微品金刚石复合薄膜制备。采用化学气相沉积方法，金刚石高密度成核优化生长工艺，采用多光束干涉薄膜实时监控工艺，控制NCD及MCD膜层厚度。基板采用多晶硅，具体工艺参数如下：
1、成核阶段：甲烷4％其余为氢气，
2、长膜阶段：甲烷2％其余为氢气，
3、气体流量：100-250SCCM
4、灯丝温度：2100-2200℃
5、基板温度：MCD：700-750℃；NCD：600-660℃
膜层结构：
第一层MCD，厚度：0.16微米
第二层NCD，厚度：0.04微米
第三层MCD，厚度：0.16微米
第四层NCD，厚度：0.04微米
实施例2，厚度为0.5微米，通光口径为6毫米的完全无依托纳米微晶金刚石窗口(基板直径12毫米)纳米微晶金刚石复合薄膜制备。制备方法同前，具体工艺参数如下：
1、成核阶段：甲烷4％其余为氢气，
2、长膜阶段：甲烷1.5％其余为氢气，
3、气体流量：50-100 SCCM
4、灯丝温度：1900-2100℃
5、基板温度：MCD：680-700℃；NCD：660-680℃
膜层结构：
第一层MCD，厚度：0.20微米
第二层NCD，厚度：0.05微米
第三层MCD，厚度：0.20微米
第四层NCD，厚度：0.05微米
制成后用化学方法在基板背面刻蚀掉一部分硅基板，从而形成厚度0.5微米，通光口径为6毫米的完全无依托纳米微晶金刚石窗口。
Claims (5)
1、一种纳米微晶金刚石薄膜，是一种多层复合膜，其特征在于由小颗粒纳米尺寸的金刚石薄膜NCD和大颗粒亚微米尺寸的金刚石薄膜MCD依次交替相叠组成。
2、根据权利要求1所述的纳米微晶金刚石薄膜，其特征在于每层MCD膜的厚度为0.1-0.3微米，每层NCD膜的厚度为0.01-0.08微米。
3、根据权利要求1所述的纳米微晶金刚石薄膜，其特征在于复合膜的复合层次为1-10。
4、一种纳米微晶金刚石薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：采用电子束辅助热灯丝化学气相沉积方法，沉积金刚石薄膜，甲烷和氢气作为还原气氛，
(1)成核阶段：甲烷3-10％其余为氢气，
(2)长膜阶段：甲烷1-4％其余为氢气，
制备过程中，控制气体流量：50-250SCCM，控制灯丝温度：1900-2200℃，控制基板温度：沉积MCD膜时为：680-750℃，沉积NCD膜时为：600-680℃；MCD膜和NCD膜交替沉积，直至需要的厚度。
5、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于监控MCD膜层和NCD膜层厚度采用多光束干涉薄膜厚度监控工艺。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200310109045 CN1271243C (zh) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | 纳米微晶金刚石薄膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200310109045 CN1271243C (zh) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | 纳米微晶金刚石薄膜及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1563479A true CN1563479A (zh) | 2005-01-12 |
| CN1271243C CN1271243C (zh) | 2006-08-23 |
Family
ID=34473885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200310109045 Expired - Fee Related CN1271243C (zh) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | 纳米微晶金刚石薄膜及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1271243C (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100575545C (zh) * | 2008-05-19 | 2009-12-30 | 牡丹江师范学院 | 低成本生长高品质纳米金刚石膜的方法 |
| CN107326339A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-07 | 沈阳建筑大学 | 一种合金刀具表面金刚石梯度膜及其制备方法 |
| CN111286718A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-16 | 廊坊西波尔钻石技术有限公司 | 一种抗冲击cvd金刚石自支撑材料及制造方法 |
| WO2020124382A1 (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | 深圳先进技术研究院 | 具有多级次微纳结构的金刚石薄膜及其制备方法和应用 |
| CN111334778A (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 深圳先进技术研究院 | 钛合金复合材料及其制备方法、外科植入物和医疗器械 |
| CN111334779A (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 深圳先进技术研究院 | 掺硼金刚石薄膜及其制备方法、油水分离元件、水处理电极及其制备方法与水处理装置 |
| CN111334777A (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 深圳先进技术研究院 | 具有多级次微纳结构的金刚石薄膜及其制备方法和应用 |
| CN112362592A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-12 | 华中科技大学 | 一种偏振反射测量系统及其检测方法 |
| CN114293171A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-08 | 东莞市华升真空镀膜科技有限公司 | 金刚石涂层工具及其制备方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105044138B (zh) * | 2015-08-25 | 2017-05-24 | 中国地质大学（北京） | 三维x射线衍射测试方法 |
| CN105044137B (zh) * | 2015-08-25 | 2017-05-24 | 中国地质大学（北京） | X射线衍射测试金刚石薄膜的方法 |
-
2004
- 2004-03-19 CN CN 200310109045 patent/CN1271243C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100575545C (zh) * | 2008-05-19 | 2009-12-30 | 牡丹江师范学院 | 低成本生长高品质纳米金刚石膜的方法 |
| CN107326339A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-07 | 沈阳建筑大学 | 一种合金刀具表面金刚石梯度膜及其制备方法 |
| WO2020124382A1 (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | 深圳先进技术研究院 | 具有多级次微纳结构的金刚石薄膜及其制备方法和应用 |
| CN111334778A (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 深圳先进技术研究院 | 钛合金复合材料及其制备方法、外科植入物和医疗器械 |
| CN111334779A (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 深圳先进技术研究院 | 掺硼金刚石薄膜及其制备方法、油水分离元件、水处理电极及其制备方法与水处理装置 |
| CN111334777A (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 深圳先进技术研究院 | 具有多级次微纳结构的金刚石薄膜及其制备方法和应用 |
| CN111334777B (zh) * | 2018-12-18 | 2022-04-26 | 深圳先进技术研究院 | 具有多级次微纳结构的金刚石薄膜及其制备方法和应用 |
| CN111334779B (zh) * | 2018-12-18 | 2023-08-15 | 深圳先进技术研究院 | 掺硼金刚石薄膜及其制备方法、油水分离元件、水处理电极及其制备方法与水处理装置 |
| CN111334778B (zh) * | 2018-12-18 | 2024-02-09 | 深圳先进技术研究院 | 钛合金复合材料及其制备方法、外科植入物和医疗器械 |
| CN111286718A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-16 | 廊坊西波尔钻石技术有限公司 | 一种抗冲击cvd金刚石自支撑材料及制造方法 |
| CN112362592A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-12 | 华中科技大学 | 一种偏振反射测量系统及其检测方法 |
| CN114293171A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-08 | 东莞市华升真空镀膜科技有限公司 | 金刚石涂层工具及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1271243C (zh) | 2006-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Laukaitis et al. | SILAR deposition of CdxZn1-xS thin films | |
| CN1563479A (zh) | 纳米微晶金刚石薄膜及其制备方法 | |
| US20110189841A1 (en) | Fabrication of large grain polycrystalline silicon film by nano aluminum-induced crystallization of amorphous silicon | |
| WO2022241952A1 (zh) | 一种纳米多层结构过渡金属氮化物涂层及其制备方法和应用 | |
| Fu et al. | Single films and heat mirrors produced by plasma ion assisted deposition | |
| CN113088908A (zh) | 一种柔性氟晶云母衬底ito膜及其制备方法 | |
| Ikeda et al. | Formation and characterization of cubic boron nitride films by an arc-like plasma-enhanced ion plating method | |
| Zhao et al. | Preparation and Optical Properties of TiO2/SiO2 bilayer antireflection film | |
| Andujar et al. | Plasma-enhanced chemical vapor deposition of boron nitride thin films from B 2 H 6–H 2–NH 3 and B 2 H 6–N 2 gas mixtures | |
| EP1640482A1 (en) | Process for producing extremely flat microcrystalline diamond thin film by laser ablation method | |
| Ivanova et al. | Characterization of CVD chromium oxide thin films | |
| CN1120898C (zh) | 一种制备具有有序表面结构的镧钙锰氧薄膜的方法 | |
| CN101017830A (zh) | 具有金属铪薄中间层的soi型复合可协变层衬底 | |
| Komatsu et al. | High‐pressure phases of boron nitride grown by laser‐assisted plasma chemical vapor deposition from BCl3+ NH3+ H2+ Ar | |
| WO2023249493A1 (en) | Process for producing single crystal-like silver films | |
| CN1191243A (zh) | 金刚石红外增透滤光窗口及其制备方法 | |
| CN1789495A (zh) | 用于制备高质量氧化锌薄膜的蓝宝石衬底原位处理方法 | |
| Ambartsumov et al. | Influence of coating thickness on the microstructure, composition and optical properties of aluminum nitride thin films grown on silicon substrates via low-temperature PEALD | |
| CN1798880A (zh) | 采用激光烧蚀法制造极平微晶金刚石薄膜的方法 | |
| CN1255553A (zh) | C3n4/mn多层复合超硬薄膜及其合成装置和方法 | |
| Lee et al. | Enhanced nucleation density of chemical vapor deposition diamonds by using interlayer | |
| Inoue et al. | Preparation of highly oriented thin film of nonlinear optical material by vacuum deposition | |
| Jain et al. | Influence of Oblique Angle Deposition on Nanostructured CuSe Thin Films and Their Structural, Morphological and Optical Properties | |
| KR100416664B1 (ko) | 아연이 첨가된 산화마그네슘 박막 및 이의 제조방법 | |
| JPH0461490B2 (zh) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060823 |