在鎢材上成長鑽石薄膜及其附著特性

Abstract

本實驗採用微波電漿化學氣相沉積法, 以 CH4和H2為反應氣體, CH4/H2=1vol%, 流量 100SCCM,內壓40torr, 在鎢材上沉積鑽石與類鑽石薄膜。基材先給予不同的前處理 , 改變沉積溫度, 並做沉積後之熱處理。藉以探討實驗參數對成核成長, 表面形貌及附 著性之影響。沉積膜以 TEM, SEM, XRD, EPMA及ESCA分析其特性。並採用壓痕測試法 來評估不同條件, 沉積膜之附著性。 實驗結果顯示, 基材表面粗糙、鑽石顆粒不易孕核。但試片表面若先以鑽石膏拋過 , 其成核密度可大為提高。由 SEM觀察得知, 880℃ 沉積膜之形貌為cubo-octahedron, 980℃ 沉積膜則為structureless,由於後者和基材間之中間層濃度梯度較平滑, 其熱 膨脹係數介於兩者之間, 故其附著性比前者要好。作保護氣氛熱處理時, 由於氧之存 在, 880℃ 沉積膜沿晶界作用被蝕刻成柱狀, 980℃ 沉積膜則沿晶粒本身作用成層狀 結構。真空熱處理系統亦含有少量氧, 880℃ 沉積膜經此處理 3hr, 附著性可大為提 高, 其餘條件附著性只略有增加。 另一方面, 預先沉積碳膜之沉積膜顆粒大小不一致, 晶面並有圓滑化之現象, 由破斷 面來看, 其成長速率比原來小了許多, 壓痕測試結果附著性亦有所改善。其原因可歸 咎於介面反應完全。但沉積溫度在 930℃以上時, 有未反應區存在。導致其膜中有許 多孔洞。980℃ 沉積膜由於成核密度太低, 所以無法成膜。