[發明專利]一種用于金剛石膜拋光的等離子體刻蝕法及其產品

有效

• 申請號: 202110757175.7
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113529050B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 高冀蕓;劉晨輝;王訪;楊黎;郭勝惠;馮曙光
• 申請（專利權）人: 云南民族大學;昆明理工大學
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/511;C23C16/56
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

本發明公開了一種用于金剛石膜拋光的等離子體刻蝕法及其產品，屬于金剛石膜制備與拋光技術領域。本發明采用微波化學氣相沉積法沉積出初始金剛石膜，初始金剛石膜沉積完成后進行微波等離子體刻蝕，獲得金剛石膜。本發明采用無接觸法對金剛石膜拋光，選擇性刻蝕(111)晶面錐頂，大幅度降低金剛石膜表面的粗糙度，可用于對金剛石膜光學鏡頭、熱沉積金剛石膜等器件的拋光，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及金剛石膜制備與拋光技術領域，特別是涉及一種用于金剛石膜拋光的等離子體刻蝕法及其產品。

背景技術

金剛石是一種典型的多功能材料，具有極大的硬度、極好的化學穩定性、極低的摩擦系數、極高的彈性模量與熱導率等眾多優異物理化學性能，在能源、催化、傳感器、航空航天、精密加工等諸多高新技術領域有良好的應用前景。然而天然金剛石儲量極少且價格昂貴，常呈單顆粒狀，加工難度大，多用作首飾等奢侈品消費領域，尤其是天然金剛石的產能和單顆粒特性難以滿足高新技術領域對金剛石材料的實際需求。

化學氣相沉積法(CVD)是制備金剛石膜的有效方法，特別是微波化學氣相沉積法(MPCVD)因具有等離子體密度高、無電極污染等優勢已成為制備高品質金剛石膜的主流方法。然而，當前制備出的金剛石膜粗糙度較大，難以符合當前高新技術領域的應用要求，例如在光學領域，金剛石膜的粗糙度必需足夠低才能滿足使用要求。如前所述，金剛石膜的拋光技術是當前材料領域的前沿課題。國內外常用的拋光方法有機械拋光、化學輔助機械拋光、熱化學拋光、等離子束拋光、激光束拋光等，其中機械拋光與化學輔助拋光屬于接觸式拋光，在拋光過程中，由于機械接觸，可導致金剛石膜表面出現裂紋，破壞金剛石膜的完整性；等離子束拋光由于離子束尺寸的限制，只能拋光小尺寸樣品，激光拋光通常不能獲得光滑表面，多用于金剛石膜的粗拋光。在金剛石膜的拋光處理方法上，非接觸拋光大都采用等離子束濺射刻蝕降低粗糙度，設備成本高，未見采用普通等離子球對金剛石膜選擇刻蝕來降低金剛石膜粗糙度的方案，因此研發一種避免拋光過程中金剛石膜的破裂、大幅度降低金剛石膜粗糙度的等離子體刻蝕方法是非常必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于金剛石膜拋光的等離子體刻蝕法及其產品，通過對金剛石膜拋光，得到了粗糙度低的金剛石膜，克服了其他等離子體刻蝕金剛石膜時晶界優先被刻蝕的缺點。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供了一種用于金剛石膜拋光的等離子體刻蝕法，具體步驟包括：采用微波化學氣相沉積法沉積出初始金剛石膜；初始金剛石膜沉積完成后進行微波等離子體刻蝕，獲得金剛石膜。

進一步地，所述微波化學氣相沉積法在硅襯底上進行沉積。

進一步地，所述微波化學氣相沉積法的氣氛為H₂：350～450sccm，CH₄：8～12sccm。

進一步地，所述微波化學氣相沉積法的壓強為12～15kPa，溫度為800～900℃，時間為4.5～5.5h。

進一步地，所述金剛石膜的厚度為微米級或納米級。

進一步地，所述微波等離子體刻蝕的氣氛條件由氬氣和氫氣組成。

進一步地，所述氬氣和氫氣的體積比為(5～34):100。

進一步地，所述氬氣流量為20～100sccm。

進一步地，所述微波等離子體刻蝕的壓強為12～16kPa，溫度為600～900℃，時間為20～80min。

本發明還提供了一種所述用于金剛石膜拋光的等離子體刻蝕法制得的金剛石膜。

本發明公開了以下技術效果：