化學(xué)氣相沉積金剛石薄膜的紫外脈沖準(zhǔn)分子激光拋光

王蘭喜 陳學(xué)康 吳 敢 曹生珠 尚凱文

(蘭州空間技術(shù)物理研究所表面工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730000)

　　摘要 目前，在硅、石英等異質(zhì)基底上利用化學(xué)氣相沉積方法制備的金剛石薄膜多呈現(xiàn)出以(111)取向?yàn)橹鞯亩嗑ЫY(jié)構(gòu)，晶粒粗大，而且金剛石薄膜的粗糙度可從幾微米到幾十微米，限制了金剛石薄膜在電子學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)及摩擦學(xué)上的應(yīng)用。因此，拋光技術(shù)成為金剛石膜實(shí)用化的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前的熱化學(xué)拋光法、化學(xué)機(jī)械拋光法等接觸式拋光方法存在易使金剛石膜受損并可能引入其它缺陷和雜質(zhì)等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用范圍。

　　相比而言，激光拋光法屬于非接觸式拋光方法，能進(jìn)行局部定點(diǎn)拋光和大面積掃描拋光，對(duì)樣品形狀無特別要求，具有高拋光速率的優(yōu)點(diǎn)。為獲得優(yōu)良的拋光結(jié)果，激光拋光金剛石膜對(duì)參數(shù)的精確控制提出了較高的要求。

　　本文采用波長(zhǎng)為248 nm 的KrF 脈沖準(zhǔn)分子激光對(duì)厚度為250 μm、均方根粗糙度為3.314 μm 的自支撐金剛石薄膜表面進(jìn)行了拋光研究。研究了不同激光能量和不同的樣品傾斜角度對(duì)金剛石薄膜表面拋光性能的影響。結(jié)果表明，在相同的樣品傾斜角度和激光脈沖數(shù)條件下，金剛石薄膜表面粗糙度隨激光能量的增加而降低，說明了拋光速率隨激光能量的增加而增加。激光拋光金剛石過程中，金剛石是通過刻蝕、石墨化及燒蝕的機(jī)理被去除的，因此隨著激光能量的升高，金剛石能夠吸收更多的能量向石墨轉(zhuǎn)化并被刻蝕除去。當(dāng)固定激光能量和激光脈沖數(shù)而調(diào)節(jié)樣品傾斜角度時(shí)發(fā)現(xiàn)，金剛石薄膜表面粗糙度隨樣品傾角增加先降低后升高。

　　分析得出可能由于樣品傾斜角度增加使得激光焦點(diǎn)在金剛石薄膜上的投影面積減小，相當(dāng)于增加了激光能量密度，因此拋光速率變大，繼續(xù)增加傾斜角度使得激光能量密度急劇增大，結(jié)果在金剛石薄膜表面形成較大的凹坑，反而使得金剛石的粗糙度增大。除此之外，金剛石薄膜拋光前后的拉曼譜線表明紫外脈沖準(zhǔn)分子激光能有效去除金剛石薄膜中的非晶碳，這為提高金剛石薄膜質(zhì)量提供了參考。