DC jet plasma CVD法制備cBN薄膜設(shè)備與工藝研究.pdf

1、立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，簡(jiǎn)稱cBN）有著優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，硬度高、耐磨性好、抗氧化能力強(qiáng)、不易與鐵系金屬發(fā)生反應(yīng)、可進(jìn)行P型和N型摻雜，使其在機(jī)械切削加工、光學(xué)和電子領(lǐng)域有著非常明朗的應(yīng)用前景。但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)CVD法制備cBN的研究工作尚不成熟，因此開(kāi)展CVD法cBN薄膜的制備研究工作有著重要的意義和價(jià)值。為探索cBN薄膜的制備工藝，本文開(kāi)展在不同襯底上制備cBN薄膜的基礎(chǔ)工藝研究。所完成的工作和取得的成果

2、如下：
　　1.分析了直流噴射等離子體CVD設(shè)備沉積原理，根據(jù)cBN的制備要求對(duì)原直流噴射等離子體CVD法金剛石薄膜沉積設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，增加小流量H2氣路、N2氣路、BF3氣路、偏壓裝置、尾氣處理裝置和低壓真空度檢測(cè)裝置，使其滿足cBN制備的設(shè)備條件。研究了Ar/N2氣體不同配比、氣壓、偏壓、BF3氣體對(duì)等離子體弧的影響，發(fā)現(xiàn)腔壓4kPa，泵壓9kPa，Ar流量3~4.5SLM，N2流量1~2SLM，BF3流量10~20SCCM（含

3、量為10％），偏壓小于-75V時(shí)可得到穩(wěn)定的等離子體弧。
　　2.使用Fluent仿真軟件，對(duì)沉積腔進(jìn)行建模仿真，研究了陽(yáng)極環(huán)與沉積臺(tái)不同距離、Ar/N2不同配比和不同材料沉積臺(tái)對(duì)沉積臺(tái)區(qū)域溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響。仿真結(jié)果表明：陽(yáng)極環(huán)與沉積臺(tái)距離過(guò)大會(huì)使襯底表面溫度和壓力急劇降低；提高 Ar/N2比例會(huì)引起襯底表面溫度和壓力的緩慢降低；銅沉積臺(tái)相比鉬沉積臺(tái)，襯底表面溫度下降較明顯。
　　3.采用改進(jìn)之后的直流噴射等離子體CVD設(shè)

4、備在 Si、Si/金剛石、硬質(zhì)合金/金剛石和Mo/金剛石襯底上制備cBN薄膜。研究了不同偏壓和襯底溫度對(duì)Si襯底制備cBN的影響，發(fā)現(xiàn)在本系統(tǒng)中溫度為860℃、偏壓為-60V時(shí)為合適的沉積參數(shù)；Si/金剛石制備出的cBN薄膜呈團(tuán)聚狀；硬質(zhì)合金/金剛石襯底表面在大面積等離子體輻射下溫度過(guò)高，粒子轟擊、刻蝕能力增強(qiáng)，使得金剛石層部分被刻蝕，阻礙了cBN的形核生長(zhǎng)；以Mo/金剛石為襯底時(shí)，發(fā)現(xiàn)金剛石層仍存在刻蝕情況，但在表面發(fā)現(xiàn)納米級(jí)cBN晶