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第1章 概论1

1.1 金刚石薄膜的优异性能及其应用前景1

1.2 金刚石膜的表征方法7

1.3 金刚石薄膜的沉积方法9

1.3.1 化学气相沉积(CVD)法9

1.3.2 等离子体化学气相沉积(PCVD)法13

1.3.3 火焰燃烧法21

1.3.4 物理气相沉积(PVD)法22

1.3.5 化学气相输运法22

1.3.6 粒子束沉积法26

1.3.7 激光化学气相沉积(LECVD)法27

1.4 影响金刚石薄膜生长的主要因素27

1.4.1 衬底(基片)材料28

1.4.2 基片的预处理30

1.4.3 温度32

1.4.4 气源和氢的特殊作用34

1.4.5 工作炉压37

第2章 金刚石膜沉积的非平衡热力学与形成机理41

2.1 概述41

2.2 非平衡热力学耦合模型42

2.2.1 化学泵模型的概述42

2.2.2 非平衡热力学反应机理与耦合模型44

2.2.3 非平衡定态相图50

2.3 低压激活金刚石膜生长中的反应势垒58

2.4 低压激活气相生长金刚石与石墨的驱动力和氢原子的特殊作用64

2.4.1 低压气相生长金刚石与石墨的驱动力64

2.4.2 超平衡氢原子的特殊作用67

第3章 金刚石薄膜沉积生长的动力学因素与动力学方程74

3.1 金刚石薄膜沉积生长的一些动力学因素74

3.2.1 碳源气体的浓度75

3.2 影响金刚石薄膜生长动力学的主要因素75

3.2.2 衬底(基片)的表面状态78

3.2.3 沉积温度80

3.2.4 石墨刻蚀剂83

3.2.5 成膜初期前的生成物85

3.3 金刚石薄膜生长动力学模型88

第4章 高速大面积沉积金刚石薄膜的装置94

4.1 大面积沉积金刚石薄膜的热丝 CVD 装置94

4.1.1 沉积金刚石薄膜的热丝 CVD 装置94

4.1.2 大面积沉积金刚石薄膜的热丝 CVD 装置中的几个关键技术95

4.2 快速大面积沉积金刚石膜的直流等离子射流装置107

4.2.1 直流等离子射流装置107

4.2.2 高功率直流等离子射流装置中的关键技术107

5.1.1 沉积的主要方法116

5.1 金刚石膜的主要沉积方法和成膜生长概述116

第5章 金刚石膜沉积工艺116

5.1.2 形核与生长117

5.2 主要的沉积工艺参数对金刚石形核的影响118

5.2.1 基体材质118

5.2.2 前处理工艺119

5.2.3 基体温度120

5.2.4 碳源气体的浓度121

5.2.5 等离子体密度和功率密度121

5.2.6 沉积室气压122

5.2.7 基体偏压122

5.3 沉积主要参数对金刚石的生长过程的影响122

5.3.1 基体温度123

5.3.2 等离子体密度和功率密度123

5.3.4 沉积室气压124

5.3.3 碳源气体的浓度124

5.4 金刚石膜生成的基本条件125

5.5 热丝 CVD 法沉积金刚石膜工艺126

5.5.1 热丝 CVD 设备126

5.5.2 热丝材质和温度126

5.5.3 热丝与基体的间距127

5.5.4 含碳气源128

5.5.5 基体温度及其他128

5.6 直流等离子体射流法129

5.6.1 沉积设备和原理130

5.6.2 金刚石膜质量与各参数的关系130

5.7 金刚石涂层刀具制备工艺137

5.7.1 概述137

5.7.2 常用的 CVD 沉积设备137

5.7.3 常用的刀具基体材质139

5.7.4 沉积前基体表面预处理140

5.7.5 直流等离子射流 CVD 法制备金刚石涂层刀具工艺及结果141

第6章 类金刚石薄膜(DLC 膜)154

6.1 DLC 膜的概述与表征154

6.1.1 概述154

6.1.2 表征155

6.2 DLC 膜的制备方法156

6.2.1 离子束沉积(IBD)法156

6.2.2 离子束辅助沉积(IBED)法156

6.2.3 射频溅射(RFS)法157

6.2.4 磁控溅射(MS)法158

6.2.5 真空阴极电弧沉积(VCAD)法158

6.2.6 高强度直流电弧(High Current DC—Arc(HC DCA))法160

6.2.7 直流辉光放电等离子体化学气相沉积(DC-PCVD)法162

6.2.8 射频辉光放电等离子体化学气相沉积(RF-PCVD)法163

6.2.9 电子回旋化学气相沉积(ECR-CVD)法164

6.2.10 激光等离子体沉积(LPD)法164

6.2.11 激光弧沉积(LAD)法165

6.3 DLC 膜的性能165

6.3.1 DLC 膜的力学性能166

6.3.2 DLC 膜的电学性能170

6.3.3 光学性能171

6.3.4 润湿性172

6.3.5 热稳定性172

6.4 DLC 膜的应用173

6.4.1 机械加工行业及耐磨件174

6.4.2 高保真扬声器振膜176

6.4.3 电学上的应用177

6.4.4 光学上的应用181

6.4.5 医学上的应用182

6.4.6 腐蚀领域的应用184

第7章 结语与展望188

7.1 金刚石膜进展概况188

7.1.1 低压化学气相沉积金刚石膜的方法、工艺参数与质量190

7.1.2 金刚石膜研究的主要进展194

7.2 当前产业化中要解决的重要技术196

7.2.1 高速大面积的金刚石膜沉积工艺技术197

7.2.2 控制金刚石膜的晶界密度和缺陷密度197

7.2.3 金刚石膜中的 n 型掺杂198

7.2.4 控制金刚石膜的成核和生长过程198

7.2.5 金刚石膜的低温生长198

7.2.6 与应用紧密相关的技术199

7.3 展望205