金属学报  2008, Vol. 44 Issue (1): 74-78

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纳米金刚石薄膜的微结构和残余应力

徐锋;左敦稳;卢文壮;王珉

南京航空航天大学

Study on the micro structure and residual stress of nanocrystalline diamond film

;Dunwen Zuo;Wenzhuang Lu;Min Wang

南京航空航天大学

徐锋; 左敦稳; 卢文壮; 王珉 . 纳米金刚石薄膜的微结构和残余应力[J]. 金属学报, 2008, 44(1): 74-78 .
, , , . Study on the micro structure and residual stress of nanocrystalline diamond film[J]. Acta Metall Sin, 2008, 44(1): 74-78 .

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(299 KB)   摘要: 采用双偏压热丝化学气相沉积法 在不同栅极和衬底 偏流下制备出纳米金刚石薄膜. 采用Raman谱、SEM、AFM、纳米压 痕法和XRD分析纳米金刚石膜的微结构、弹性模量和 残余应力. 分析结果表明，金刚石晶粒尺寸随着栅极和 衬底偏流的增加而减小，而衬底偏流的加入会引起非金刚石成分的显著 增加. 金刚石晶界的畸变使得弹性模量随着栅极和衬底偏流的增加而 减小，薄膜热应力也随之减小. 晶界非金刚石成分引 起金刚石本征应力呈压应力性质，晶界密度的增加使得 本征应力随着栅极偏流的增加而增加，但衬底偏流引起薄膜抵抗变形 能力剧烈下降，导致金刚石本征压应力的减小. 关键词 ： 纳米金刚石膜,  热丝化学气相沉积,  弹性模量     Abstract：Nanocrystalline diamond film is obtained at the grid and substrate bias current in the self-made double bias HFCVD system. The micro structure of the film is analyzed by Raman, SEM and AFM, and elastic modulus and residual stress are investigated by nano-indentation and XRD method. The results show that the increasing of grid and substrate bias current will cause the decreasing of grain size and the increasing of sp2 non-diamond content in the film. The grid and substrate bias current lead to the decreasing of elastic modulus and thermal stress in the diamond film. The non-diamond impurity induces the compression intrinsic stress in the film. The grid bias current results in the increasing of intrinsic stress as the increasing of grain boundary. But the substrate bias current leads to the weak ability of resistance to deformation as a lot of non-diamond content in the grain boundary, which results in the decreasing of intrinsic stress. Key words： HFCVD    Nanocrystalline diamond film    Elastic modulus    Residual stress    Grid bias    Substrate bias 收稿日期: 2007-04-18      ZTFLH:  TQ161.8   服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 徐锋 左敦稳 卢文壮 王珉 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2008/V44/I1/74 [1]Zuo D W,Song S L,Xiang B K,Wang M.Key Eng Mater, 2004;258-259:517 [2]LüF X.Physics,2003;32:383 (吕反修．物理，2003；32：383) [3]Zhou D,Krauss A R,Qin L C.J Appl Phys,1997;82: 4546 [4]Michler J,Mermoux M,Kaenel Y V,Haounib A,Lu- cazeaub G,Blank E.Thin Solid Films,1999;357:189 [5]Yang J X,Li C M,Chen G C,Lii F X,Tang W Z,Song J H,Tong Y M.J Synth Cryst,2004;33:674 (Yang J X,Li C M,Chen G C,LüF X,Tang W Z,Song J H,Tong Y M.人工晶体学报，2004；33：674) [6]Durand O,Bisaro R,Brierley C J,Galtier P,Kennedy G R,Kriiger J K,Olivier J.Mater Sci Eng,2000;A228:217 [7]Sharda T,Soga T,Jimbo T,Umenoa M.Diamond Relat Mater,2001;10:352 [8]Chalker P R,Jones A M,Johnston C,Buckley-Golder I M.Surf Coat Technol,1991;47:365 [9]Xu F,Zuo D W,Lu W Z,Li X F,Xiang B K,Wang M. Key Eng Mater,2006;315-316:646 [10]Xu F,Zuo D W,Lu W Z,Li L,Wang M.Chin J Mech Eng,2007;43(6):21 (徐锋，左敦稳，卢文壮，李磊，王珉．机械工程学报，2007；43(6)：21) [11]Zhang H Y,Zuo D W,Xu F,Yan J.J Synth Cryst,2007; 36(1):170 (张海余，左敦稳，徐锋，闫静．人工晶体学报，2007；36(1)：170) [12]May P W,Smith J A,Mankelevich Y A.Diamond Relat Mater,2006;15:345 [13]Rhodin T N,Walton D.Metal Surface:Structure,Ener- getics and Kinetics.Metals Park,OH:ASM,1963:272 [14]Chiu C C,Liou Y,Juang Y D.Thin Solid Films,1995; 260:118 [15]Li X M,Wang J D,Chen D R,Liu B,Liu F B.J Chin Ceram Soc,2005;33:1539 (李学敏，汪家道，陈大融，刘兵，刘峰斌．硅酸盐学报，2005；33：1539) [16]Liu Z P,Wang J C,Yang Y L.Tool Eng,2005;39(12):30 (刘志平，王加春，杨育林．工具技术，2005；39(12)：30) [17]Hoffman D W,Kulka C M.J Vacuum Sci,1985;3A:2600 [1] 王明康, 苑峻豪, 刘宇峰, 王清, 董闯, 张中伟. Ti对Zr-Nb二元合金β结构稳定性和力学性能的影响[J]. 金属学报, 2021, 57(1): 95-102. [2] 刘震鹏, 闫志巧, 陈峰, 王顺成, 龙莹, 吴益雄. 金刚石工具用Cu-10Sn-xNi合金的制备和性能表征[J]. 金属学报, 2020, 56(5): 760-768. [3] 秦飞, 项敏, 武伟. 纳米压痕法确定TSV-Cu的应力-应变关系*[J]. 金属学报, 2014, 50(6): 722-726. [4] 李群,王清,李晓娜,高晓霞,董闯. 三元β－Ti－Mo－Zr(Sn)合金析出相对弹性模量和力学性能的影响[J]. 金属学报, 2013, 49(9): 1143-1147. [5] 王铁钢 宋丙红 华伟刚 宫骏 孙超. 工艺参数对爆炸喷涂WC-Co涂层性能均匀性的影响[J]. 金属学报, 2011, 47(1): 115-122. [6] 黎业生 汪伟. 纳米压痕法测量Cu膜的硬度和弹性模量[J]. 金属学报, 2010, 46(9): 1098-1102. [7] 马仁涛 郝传璞 王清 任明法 王英敏 董闯. 低弹bcc结构Ti-Mo-Nb-Zr固溶体合金的“团簇+连接原子”模型及其成分设计[J]. 金属学报, 2010, 46(9): 1034-1040. [8] 李建国; 刘实; 李依依; 胡东平; 季锡林; 梅军 ; 周德惠 . 热丝化学气相沉积金刚石薄膜空间场的数值分析[J]. 金属学报, 2005, 41(4): 437-443 . [9] 谭孟曦 . 利用纳米压痕加载曲线计算硬度--压入深度关系及弹性模量[J]. 金属学报, 2005, 41(10): 1020-1024 . [10] 赵高敏; 王昆林; 刘家浚 . La2O3对激光熔覆铁基合金层硬度及其分布的影响[J]. 金属学报, 2004, 40(10): 1115-1120 . [11] 吴恒安; 王秀喜; 倪向贵; 王宇 . 金属纳米杆弹性模量的直接原子计算[J]. 金属学报, 2002, 38(11): 1219-1222 . [12] 华文深; 吴杏芳; 陆华; 沈电洪 . TiCx/Ni3Al复合材料相界面显微结构及界面纳米硬度与弹性模量分布[J]. 金属学报, 2002, 38(10): 1109-1114 . [13] 武晓雷; 洪友士 . 激光熔覆TiCp／Ni合金涂层中界面结构及界面硬度与弹性模量分布[J]. 金属学报, 2000, 36(3): 282-286 . [14] 薛文斌; 邓志威; 陈如意; 张通和 . 铝合金微弧氧化膜与基体界面区的硬度和弹性模量分布[J]. 金属学报, 1999, 35(6): 638-642 . [15] 徐可为;候根良;于光;陈国良;刘丹梅. 压入深度与膜厚对薄膜与基体复合硬度及弹性模量的影响[J]. 金属学报, 1996, 32(1): 23-28. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed