来源： 本文禁止转载。 1 背景 十五年前，人们开始对化学气相沉积（英文简称为CVD）设备、工艺及产品进行研究，以开发金刚石材料的独特性能。当时所面临的一项主要挑战是寻找能够可靠且低成本地重复性量产金刚石材料的技术方案。经过多方分析比较，热丝法化学气相沉积工艺被认为是可在二维以及三维空间实现大面积、低成本生长金刚石材料的{zj0}方案。从直流辉光放电、微波法、热丝法以及直流等离子体等工艺的大量经验来看，应用热丝法生长CVD金刚石是一项明智之选。 从金刚石切削刀具到耐磨密封件，再到热管理领域的热管理器件，CVD金刚石已在很多领域获得广泛应用。
2.1 切削刀具（本段主要针对涂层刀具，翟世超注） 单台热丝设备可在大约375mm x 350mm 的范围内沉积金刚石材料。该工艺是在铝制腔体中放置极细的金属丝（直径约为0.12毫米），每台设备的输入功率一般在22至30千瓦之间。金属丝在系统中水平安置，并可按二维或三维阵列进行排列。一些复杂的沉积工艺流程可包括多达58项步骤。这些高度程序化的控制流程在合理设置启动、成核、生长、停机以及最为重要的操控安全方面起着关键作用。从厚度仅为1纳米的极光滑纳米晶薄膜到厚度达100微米的较粗粒度涂层，该系统已生长出多种金刚石材料。在硬质合金刀具上涂层得到的金刚石薄膜厚度一般在10至40微米之间。由于金刚石和硬质合金在热膨胀系数方面有很大差异，因此当工件从正常的沉积温度（800至900摄氏度）降低至室温时，金刚石薄膜与基体之间的应力也将随着薄膜厚度的增大而增大。在涂层刀具应用中，当前的技术可确保金刚石薄膜在涂层厚度达到50微米时依然有良好的把持力。各种不同颗粒尺寸的金刚石薄膜已在涂层刀具方面获得应用。粗粒度涂层刀具主要应用在粗加工场合；细粒度产品用于实现较锋利的切削刃，或者满足端铣刀及钻头等产品较高的排屑需求。金刚石涂层的粒度也同样影响被加工工件的表面粗糙度。通过程序化工艺控制，热丝设备可以非常方便地对薄膜粒径及其它性质进行调整。 2.2 电子应用 通过应用热丝法，在硅晶圆上沉积金刚石薄膜也已获得成功。这些晶圆的尺寸从50毫米至300毫米不等，在很多方面获得应用，并被用作电子领域的原型组件。薄膜厚度一般介于1至3微米之间，通过沉积在硅晶圆上来开发金刚石材料独特的电子性质。这些薄膜的性质，包括整片材料上的薄膜厚度，其波动范围通常为+/-10%。纳米晶金刚石薄膜的粒径通常仅仅是细粒度切削刀具薄膜粒径的十分之一甚至百分之一。通过拉曼分析，这些薄膜依然在1331cm-1位置体现出金刚石的特征峰。结合应用领域对材料导电性的不同需求，我们可就金刚石膜是否掺杂硼材料作出选择。 2.3 热管理应用 （翟世超编译 未完待续） |
