纳米金刚石薄膜微观结构和场发射性能研究(3)
（6） 金刚石的声学性质
金刚石的声传播速度高达18000m/s，是所有介质中最快的，并且具有高的杨氏模量和弹性模量，是制作高灵敏的表面声学波滤波器、高保真扬声器的振动膜涂层、超声传感器、高效的声能转换器的新型材料[8]。
1.3 金刚石薄膜的常见制备方法
（1）热丝CVD法(HFCVD)[2] 。此方法是热分解法合成金刚石薄膜的发展，该方法虽提出较早，但目前使用仍非常普遍，并且已经发展成沉积金刚石薄膜较为成熟的方法之一。这种方法的基本原理是靠在衬底上方设置金属热丝(如钨、钽丝等)高温(2000-2200℃)加热分解含碳的气体，形成活性粒子在原子氢的作用下在衬底(保持在700-1000℃)上沉积而形成金刚石。此方法简单易行，缺点就是沉积速率较慢(V<10μm/h)，不均匀，工艺稳定性差，易污染。最近还提出两种改良的HFCVD模型：反应气体分送的HFCVD 法[9] (碳源气体和氢气由热丝的下方和上方分别送入)和电子助进的HFCVD法 (给衬底加一大约150V的偏压)。改良后的HFCVD法获得了比一股HFCVD法具有更高的沉积速率，而且金刚石薄膜的质量也得到了显著的提高。
（2）燃烧火焰沉积法(Flame Deposition)[10]。该方法所使用的碳源气体为乙炔，助燃气体为氧气。将两种气体在乙炔枪中混合，在大气中燃烧，燃烧火焰分为三个区：内焰、外焰和还原焰，将衬底放置在火焰的还原焰区域生成金刚石。该方法中氧气和乙炔的比例R是影响金刚石薄膜质量的关键因素，只有在R=0.7-1.0区域才能生长成金刚石，其他区域都不利于金刚石的生长， 而且研究表明当R=0.97-1.0时，可生长出透明的光学级金刚石薄膜。这种方法的优点是设备简单、成本低，能在大气中合成金刚石，生长速度快(60-150bμm/h)，有利于大面积和复杂形状样品表面上金刚石的沉积。其缺点是：沉积的金刚石薄膜具有不均匀的微观结构，薄膜常含非金刚石碳等不纯物，由于火焰的热梯度，易使衬底发生弯曲变形，并在薄膜中产生较大的热应力。
（3）直流电弧等离子喷射CVD法(DAPCVD)[11]。该方法是一种放电区内隐的直流电弧等离子体CVD法，该方法的制备工艺如下：在杆状阴极和环形阳极之间施加直流电压，当气体通过时引发电弧，加热气体，高温膨胀的气体从阳极嘴高速喷出，形成等离子体射流，引弧的气体通常是氩气，等形成等离子体射流后，通入反应气体甲烷和氢气，甲烷和氢气被离化，并达到水冷沉积台的衬底，在衬底上成核、生长金刚石。这种技术具有生长速度快，沉积的金刚石薄膜质量好，适用于复杂表面，气体利用率高，无电磁污染等优点。但是由于喷射等离子体的速度场和温度场不均匀，使其沉积范围内膜厚不均，呈梯形分布；沉积面积不大；反应时衬底温度高；沉积速度过快时膜的表面不平整，降低了膜的致密度。
（4）微波等离子体CVD法(MWPCVD)[12]。1989年，Mitsuda等首先报道了用MWPCVD法沉积金刚石薄膜。他们所使用的设备是：微波功率2-5kW，微波由矩形波导转换到一种轴向天线耦合器，在大气压下形成等离子体；高压等离子体由耦合器的“针孔”处喷射到水冷的样品台上继而形成金刚石薄膜，主要气源是氩气，反应气体为甲烷和氢气。在1994年，美国Argonne国家实验室，Gmen[13]博士通过这种方法采用C60也合成了这类薄膜材料。现如今，MWPCVD 经过改进己形成了多种形式：按真空室的形式来分，有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式等；按微波与等离子体的耦合方式来分，有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式等。目前最常使用、最简单也是最早出现的装置是表面波耦合式石英管式装置。