超硬新材料氮化碳的制备与研究

来源期刊：材料导报2001年第8期

论文作者：吴现成

摘    要：在金刚石合成研究的经验基础上,对设备加以改进,采用热丝辅助等离子体化学气相沉积+负偏压技术成功地制备了高质量的CNx薄膜.在本研究工作中,使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外吸收谱(FTIR)等分析测试手段研究了CNx薄膜的化学成分以及C、N原子间的化学结合状态,用显微硬度计测量了薄膜的力学显微硬度,着重研究了在CNX薄膜制备过程中各种工艺参数(射频功率、衬底负偏压、衬底温度以及氮气与甲烷流量比率等)对薄膜结构和特性的影响,总结出采用本技术所必需的最佳工艺条件,为以后CNx薄膜的深入研究打下了良好基础.具体的试验过程和参数调节范围为:频率13.56MHz的射频以电容耦合方式输入,射频功率250～350W;热丝温度1600～1800℃;衬底为表面抛光的单晶Si(100),温度保持在800～1000℃之间,外接直流电源给衬底施加偏压0～-100V;反应气体是N2与CH4的混合气体,用H2稀释到3%(反应气体流量比CH4:N2=1:3～8);反应室预真空1×10-3pa,反应气压保持在100～200Pa,薄膜厚约2μm.试验表明采用本技术制备CNx薄膜的最佳条件是:衬底温度500～600℃,反应气体总气压110Pa,CH4与N2的流量比1:5.5,衬底负偏压-200V,热丝温度1200℃,射频功率200W.制备出的CNx薄膜石墨含量很少,最高硬度为72.66 GPa.