化學氣相沉積金剛石薄膜的紫外脈沖準分子激光拋光

王蘭喜 陳學康 吳 敢 曹生珠 尚凱文

(蘭州空間技術物理研究所表面工程技術重點實驗室 蘭州 730000)

　　摘要 目前，在硅、石英等異質基底上利用化學氣相沉積方法制備的金剛石薄膜多呈現出以(111)取向為主的多晶結構，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、光學、熱學及摩擦學上的應用。因此，拋光技術成為金剛石膜實用化的一項關鍵技術。目前的熱化學拋光法、化學機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等缺點，限制了其應用范圍。

　　相比而言，激光拋光法屬于非接觸式拋光方法，能進行局部定點拋光和大面積掃描拋光，對樣品形狀無特別要求，具有高拋光速率的優點。為獲得優良的拋光結果，激光拋光金剛石膜對參數的精確控制提出了較高的要求。

　　本文采用波長為248 nm 的KrF 脈沖準分子激光對厚度為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金剛石薄膜表面拋光性能的影響。結果表明，在相同的樣品傾斜角度和激光脈沖數條件下，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化并被刻蝕除去。當固定激光能量和激光脈沖數而調節樣品傾斜角度時發現，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在金剛石薄膜上的投影面積減小，相當于增加了激光能量密度，因此拋光速率變大，繼續增加傾斜角度使得激光能量密度急劇增大，結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量提供了參考。