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                  制造金剛石涂層的方法

                  2021-12-17 09:50:18

                   制造金剛石的最早方法需要高溫和高壓。在20世紀80年代早期,人們發現金剛石可通過化學汽相沉積(CVD)在約0.1大氣壓的低壓下得以沉積,例如Sho于1983年的JP5927754和1984年的JP613320,Kobashi于1999年的US5863324。隨后發展的CVD方法全部需要存在包含含碳物質如甲烷(CH4)的流動氫氣、熱鎢絲或等離子體發生器、以及保持在約750-950℃的高溫下的臨近基材,以獲得通常由拉曼光譜定義在1332cm-1處具有特征單尖峰的高質量金剛石和類似金剛石的碳(其是完全不同的材料,具有明顯不同的寬帶,范圍為1357-1580cm-1,在1555cm-1附近具有峰)。這些CVD方法都具有如下數種問題。


                  1.沉積速率低,通常為1μm/h級別,導致很多應用成本太高。

                  2.該流動氣體體系需要氣體供應源、控制計、連續操作的真空泵、以及經常需要等離子體發生器。該設備昂貴并且該方法浪費原料和電力,均導致了CVD方法的高成本。

                  3.該基材所需的高溫導致該氣體與一些基材發生化學反應。例如,試圖在含鐵、鎳或鈷材料上進行的生長會在多孔石墨頂部產生低質量、非粘附金剛石。為避免該問題,必須使用不同組成的緩沖層。

                  4.沉積所需高溫也導致高應力,其進而在一旦冷卻到室溫時引起分層、彎曲和開裂。該應力主要因為金剛石的熱收縮與基材不同,以及冷卻時的大幅度溫度變化。

                  5.CVD沉積所需高溫也使其不可能在會被該溫度毀壞的很多材料上沉積金剛石。該局限涉及所有聚合材料,以及很多半導體和設備結構。

                  6.對于5中的問題的另一方法是采用兩步工藝,其中CVD金剛石首先在高于800℃沉積,然后被取下、轉移并粘附到最終基材上。

                  需要一種改進的方法來制造金剛石涂層,其將克服上述問題,降低成本、增加生長速率、減少浪費、減少部件、增加材料質量、降低對基材和涂層的應力,并產生在聚合材料上沉積的機會。通過在低溫和低壓下的化學汽相傳輸方法來沉積金剛石提供了這種涂層。盡管金剛石的杰出性能廣為人知,但是本發明提供了在低溫和低壓下沉積金剛石的方式。迄今為止由于高沉積溫度而不可行的其它應用也可得以實施;例如,金剛石基材在顯示設備中的應用以及由金剛石制備的晶體管的構造。

                  發明概要本發明旨在克服上述問題,通過提供一種在低溫和低壓下在基材上形成緊密粘結的高質量金剛石涂層的方法,其包括步驟提供石墨棒和高熔點金屬線和基材到腔室中;交替地將該腔室中的壓力降低至真空并用氫回填至約1個大氣壓;用氫氣將該腔室回填到低于1個大氣壓并密封該腔室;以及將電流施加到該石墨棒直到該基材被加熱至125℃-750℃的范圍。

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