超薄钼箔表面CVD金刚石薄膜残余应力的研究

超薄钼箔表面CVD金刚石薄膜残余应力的研究

龙 芬¹ 余志明^1,2 魏秋平^1,2

1.中南大学材料科学与工程学院；2.中南大学粉末冶金国家重点实验室

　　摘要：采用周期性磁场辅助热丝化学气相沉积法，以甲烷和氢气为反应气体，在厚为40μm 的钼箔表面沉积金刚石薄膜，研究了沉积温度600℃时不同沉积时间(3,4.5,8 h)和沉积温度760℃时不同沉积时间(2,3,5 h)下薄膜残余应力的状态；同时分析了不同沉积温度(680℃,760℃,840℃)沉积2 h 时薄膜本征应力的变化规律。采用场发射扫描电子显微镜、激光Raman 光谱仪、X 射线衍射仪、能谱仪分析了金刚石薄膜的表面形貌、微结构和残余应力。

　　结果表明，钼箔表面形成了连续致密的金刚石膜，薄膜的残余应力表现为压应力，且随沉积时间增加，压应力值减小;Raman 光谱法和X 射线法测量的薄膜残余应力随沉积时间的变化趋势一致，Raman 光谱法测量的应力值为-5.17～-3.67 GPa，X 射线测量法的应力值在-21.68～-10.26 GPa 范围内，X 射线法测量的应力值比之Raman 光谱法要大4~5 倍。

　　本文通过实验所得薄膜残余应力值较文献值大，通过X 射线物相和能谱仪元素分析可知，沉积过程中在膜基界面处形成了Mo2C，Mo2C 的热膨胀系数较基体大，增加了薄膜的热应力，此外，由于基体较薄，易变形，而金刚石难以随之发生形变，使得薄膜的应力增加;金刚石薄膜的本征应力表现为压应力，随沉积温度的升高压应力值减小。

　　关键词：箔材 金刚石膜 X 射线衍射 Raman 光谱 残余应力