化学气相沉积金刚石薄膜的紫外脉冲准分子激光抛光

化学气相沉积金刚石薄膜的紫外脉冲准分子激光抛光

王兰喜 陈学康 吴 敢 曹生珠 尚凯文

(兰州空间技术物理研究所表面工程技术重点实验室 兰州 730000)

　　摘要 目前，在硅、石英等异质基底上利用化学气相沉积方法制备的金刚石薄膜多呈现出以(111)取向为主的多晶结构，晶粒粗大，而且金刚石薄膜的粗糙度可从几微米到几十微米，限制了金刚石薄膜在电子学、光学、热学及摩擦学上的应用。因此，抛光技术成为金刚石膜实用化的一项关键技术。目前的热化学抛光法、化学机械抛光法等接触式抛光方法存在易使金刚石膜受损并可能引入其它缺陷和杂质等缺点，限制了其应用范围。

　　相比而言，激光抛光法属于非接触式抛光方法，能进行局部定点抛光和大面积扫描抛光，对样品形状无特别要求，具有高抛光速率的优点。为获得优良的抛光结果，激光抛光金刚石膜对参数的精确控制提出了较高的要求。

　　本文采用波长为248 nm 的KrF 脉冲准分子激光对厚度为250 μm、均方根粗糙度为3.314 μm 的自支撑金刚石薄膜表面进行了抛光研究。研究了不同激光能量和不同的样品倾斜角度对金刚石薄膜表面抛光性能的影响。结果表明，在相同的样品倾斜角度和激光脉冲数条件下，金刚石薄膜表面粗糙度随激光能量的增加而降低，说明了抛光速率随激光能量的增加而增加。激光抛光金刚石过程中，金刚石是通过刻蚀、石墨化及烧蚀的机理被去除的，因此随着激光能量的升高，金刚石能够吸收更多的能量向石墨转化并被刻蚀除去。当固定激光能量和激光脉冲数而调节样品倾斜角度时发现，金刚石薄膜表面粗糙度随样品倾角增加先降低后升高。

　　分析得出可能由于样品倾斜角度增加使得激光焦点在金刚石薄膜上的投影面积减小，相当于增加了激光能量密度，因此抛光速率变大，继续增加倾斜角度使得激光能量密度急剧增大，结果在金刚石薄膜表面形成较大的凹坑，反而使得金刚石的粗糙度增大。除此之外，金刚石薄膜抛光前后的拉曼谱线表明紫外脉冲准分子激光能有效去除金刚石薄膜中的非晶碳，这为提高金刚石薄膜质量提供了参考。