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单晶金刚石及金刚石膜化学机械法抛光研究

陈冲

  金刚石膜具有高硬度、低的摩擦系数、高的导热率、高弹性模量及优良的抗磨损、抗腐蚀和化学稳定性等性质。良好的机械性能和化学性能使得金刚石膜在机械、电子、光学等许多工业领域有着广泛的应用。随着金刚石膜应用的日益扩大,金刚石膜的高效抛光成了一个亟需解决的难题。在本课题组已有的研究基础上,本论文研究金刚石膜化学机械法抛光的工艺和机理,详细实验并分析了压力、温度、氧化剂、抛光转速、添加剂、预处理等因素对抛光效果和效率的影响。本文根据研究需要设计了一套基于化学机械法抛光原理的抛光装置,此装置可以很方便地调整和设置抛光的各个参数值,实现金刚石膜的化学机械法抛光装置已申请专利。本文首先研究了氧化剂对金刚石及金刚石膜的腐蚀氧化现象进行了研究,发现:当温度达到500℃时,金刚石膜开始被氧化,质量明显减少;在温度升高到600℃时单晶金刚石也开始被氧化,质量也开始减少。本文对单晶金刚石化学机械法抛光进行了研究。通过对连续几次抛光实验结果的观察和对比,发现抛光温度和压力对单晶金刚石的抛光影响最大,在温度为400℃,压强为1.0MPa时金刚石抛光的表面其表面粗糙度Ra在原子力显微镜下测试得5.6nm,抛光效率也高。测试发现抛光过程中存在金刚石的化学变化。本文重点研究了化学机械法抛光金刚石膜的效果和抛光机理。结果表明抛光温度和压力对抛光影响最大,温度过低或者压力过低均使得抛光质量和效率相当低,这和单晶金刚石的实验结果是一致的。实验中发现添加适量的SiO_2可以提高抛光效率50%以上,抛光后表面粗糙度Ra可达1.66nm;但是添加CrO_3由于生成物Cr_2O_3的覆盖作用反而会降低抛光效果。温度越高、抛光转速越快、压力越大、添加SiO_2、在化学机械法抛光之前进行机械初磨等均可提高金刚石膜化学机械法的抛光效率或抛光质量。对金刚石膜的化学机械法抛光中,同样发现金刚石膜的化学变化,金刚石膜的化学机械法抛光作用是机械研磨、化学腐蚀、碳原子扩散、金刚石的非晶碳化和石墨化等作用的统一体。研究结论显示:采用KNO_3和LiNO_3、温度400℃、压强为1.2MPa、转速90rmp、添加30%wt.的SiO_2是最优工艺。……   
[关键词]:金刚石膜;抛光;化学机械抛光;氧化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:广东工业大学2005年