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由提供科学指南金刚石及相关材料16（2007）253-261以化学气相沉积（CVD）获得的大面积金刚石薄膜的抛光技术的评估H.Y. Tsaia，*, C.J. Ting b,c, C.P. Chouba机械与机电工程学系，国立台湾海洋大学，台湾202号b机械工程学系，国立交通大学，台湾300号c机械与系统研究所，工业技术研究院，台湾310号收稿2006年3月4日；修稿2006年5月26日；接受2006年6月24日网上提供2006年8月10日摘要目前的研究是比较几种化学气相沉积（CVD）金刚石薄膜的抛光技术。虽然金刚石不同抛光技术的研究已进行多年，但是有些问题仍需要进一步审查，以便合算地推广。在目前的工作中，通过微波等离子体增强的化学气相沉积法（CVD）是用来获取在1332 cm-1处的拉曼峰处半最大值全宽度（FWHM）小于10波数的金刚石薄膜。采用机械加工抛光，化学辅助机械抛光，热化学抛光，准分子激光消融术，催化反应辅助研磨来加工金刚石薄膜。在抛光前后通过表面光度仪、原子力显微镜和扫描电子显微镜来评估金刚石的表面形态。分析比较上述技术的结果。?2006爱思唯尔B.V.保留所有权利。关键词：金刚石膜抛光；化学辅助机械抛光；催化反应辅助磨削；热化学抛光介绍工业人造金刚石具有优异的物理和化学特性。它的硬度最高（约90 GPa），压缩强度（1.2×1012Nm-2），导热系数（2×103 W m?1 K?1），声波速度（17.5 km s?1）。 1970年，Derjaguin和Fedoseev[1]发现了用化学气相沉积法生产人造金刚石的基本方法。从此，人们用大量的基板来生产CVD金刚石，同时研究了许多CVD金刚石的应用。现在，为了增长使用周期[5,6]，它广泛地用于传统切削刀具和磨料中。近年来，CVD技术的进步，使CVD金刚石在工业上的应用更广泛，如通讯，光电器件，金刚石半导体。虽然CVD金刚石薄膜具有许多优异的性能，但是该膜的厚度不均匀，颗粒大小不均匀，晶体取向随机，同时表面粗糙度高。此外，CVD技术加工的金刚石薄膜的质量参差不齐，这严重地影响了其机械加工性和加工时间。这些特征限制了CVD金刚石薄膜在近来商业技术中的应用。尽管多年来包括机械加工抛光，化学辅助机械抛光，热化学抛光，激光烧蚀，ECR（电子回旋共振）等离子体抛光和催化反应辅助研磨在内的许多加工方法[7-21]都已探讨过，但是进一步探讨如何将这些技术加以完善是必要的，以便降低加工大面积的金刚石薄膜成本使其投入商业应用。基于上述信息，现在来比较几种抛光相同CVD金刚石薄膜的不同技术。实验方法目前的研究包含5个独立的实验。它们分别使用机械加工抛光，化学辅助机械抛光，热化学抛光，准分子激光消融术，催化反应辅助磨削这5种不同的加工方法对5个相同的CVD金刚石薄膜样品进行加工并加以比较。2.1. 金刚石薄膜的沉积温度，压力，沉积位置和沉积时间[22-24] 这几个参数影响金刚石薄膜的质量和方向。在目前的研究中，通过控制（H2-CH4）的天然气系统中甲烷浓度保持在气体总流量的2％至4％的范围内来使微波功率在15–60 kW，同时反应中的压力则维持在120–160 mbar之间。在（100）硅片上会生长5毫米厚度的金刚石薄膜。厚厚的硅用来防止实验过程中所必需的高温引起的弯曲和变形。在一般情况下，金刚石粉末划擦方法是沉积之前在硅衬底上进行的前处理过程 [25]。2.2. 抛光处理通过机械抛光，化学辅助机械抛光，热化学抛光，准分子激光消融术和催化反应辅助研磨方法对样品进行加工。2.2.1.机械抛光及化学辅助机械抛光W.D.布朗[13] 曾在一篇论文中提到过化学辅助机械抛光方法。用与金属板同心圆沟槽的陶瓷板代替原来的金属板，对传统的抛光机进行了改进。此外，在供热系统中使用红外灯，并采用PID控制系统使加工温度保持在350°C。 将CVD金刚石薄膜样品放在不锈钢钢铁支架上，在加工过程中样品和陶瓷板的接触时支架旋转和摆动。 目前研究中所使用的机器如图1所示。选用陶瓷和不锈钢板以防止抛光机发生化学氧化和腐蚀。同样地，使用不锈钢设备和排气器也是为了避免腐蚀。选用氢氧化钾（KOH）和硝酸钾??（KNO3）作为抛光CVD金刚石薄膜的化学试剂并加热至沸点。陶瓷板的旋转速度为82 rpm，与机械抛光中的转速相同；金刚石薄膜的摆动频率为20 min?1，也与机械抛光相同。图1. 化学辅助机械抛光方法的设备照片。（a）抛光CVD金刚石膜装置;（b）抛光时使用的工作腔。2.2.2.热化学抛光这次研究采用热化学抛光方法进行实验，这是获得金刚石薄膜另一种方法。图2显示了热化学抛光装置的原理图。采用红外线照射或各种感应加热器件加热铁/钢的筋或板至不同的表层温度。在旋转实验中，将样本安装在一个弯曲部件上，然后在弯曲部件的