一种金刚石膜表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金刚石膜表面处理方法，属于金刚石膜制备技术领域。
【背景技术】
[0002]金刚石是天然材料中最硬的物质，具有极其优异的机械性能、光学性能和电学性能，是最有发展潜力的功能材料。但天然金刚石存储量低，价格昂贵，多用于首饰及工艺装饰。因此，人工合成金刚石膜显得尤为重要。常规法制备的金刚石膜晶粒尺寸大，沿着某些晶面呈柱状或锥状生长，厚度极不均匀，内聚强度低，容易破裂，表面粗糙度高，无法直接应用。同时，由于高的硬度导致给表面处理带来很大困难，限制了金刚石膜的推广应用。因此，提高金刚石膜的表面质量已成为扩大其应用的关键技术之一。
[0003]表面抛光处理是最常见的提高表面质量的方法。其主要抛光方法有:机械研磨抛光、热化学抛光、离子束抛光、激光束抛光、磨料水射流抛光、电火花抛光;纯化学抛光、化学辅助机械抛光等。这些抛光技术因成本太高、抛光难度大，造成抛光金刚石膜价格昂贵，限制了金刚石膜的大规模应用推广。
[0004]目前，国内通过添加氩气-氧气混合气体来提高金刚石膜表面质量的研究还未见报道。公开的提高金刚石膜表面质量的方法主要有:
[0005]公开号为CN102699804A的中国专利公开的“一种金刚石自支撑膜表面平整化方法”，首先用体积比为2:1的氢氟酸和硝酸混合溶液在加热100°C下，对金刚石表面进行清洗，以获得清洁表面;然后用防渗碳剂涂覆金刚石膜表面，并用显微镜检查涂覆状况;接着在800?1200°C下对金刚石膜进行热处理;最后机械抛光以达到所需求的表面粗糙度。该方法仅将突出部分快速去除，使得表面粗糙度减小，有利于进一步的研磨和抛光，还可以避免晶粒在大压力快速研磨中可能造成的微裂纹。在整个表面平整化的过程中，添加防渗碳剂在金刚石凹面处并高温热处理，有利于金刚石向石墨转化，降低了金刚石膜的质量。同时该方法过程繁琐，操作要求高，不适合推广。
[0006]公开号为CN101935825A的中国专利公开的“一种利用类金刚石复合膜进行金刚石膜平坦化的工艺”，以常规沉积工艺在单面抛光的硅基片上制备出金刚石膜，再以化学气相沉积法在金刚石表面沉积类金刚石薄膜，最后采用机械抛光法对类金刚石膜进行平坦化，从而得到高平坦度的金刚石膜。该方法操作简单，去除量少，表面硬度小，抛光效率高，采用非金刚石粉的磨料可大大降低成本，其最低表面粗糙度可小于1.5nm。类金刚石薄膜的加Λ，导致金刚石膜的整体质量降低，虽然抛光效果好，但对金刚石膜在光学领域的应用产生了一定的限制。
[0007]上述公开的方法能有效提高金刚石膜的表面质量，但工艺繁琐、抛光难度大、成本高且金刚石含量均有所降低，难以实现金刚石膜在光学领域的应用。同时，添加氩气-氧气混合气体来提高金刚石膜表面质量的研究还未见报道。
【发明内容】
[0008]针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种金刚石膜表面处理方法。本发明的方法不仅能有效提高金刚石膜的表面质量，保持高的金刚石相含量，而且简便易实施。与传统的直接抛光相比，具有不降低其有效厚度的优点。本发明通过以下技术方案实现。
[0009]一种金刚石膜表面处理方法，其具体步骤如下:
(1)以单面抛光的硅片为基底，采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜；
(2)步骤(I)沉积完成后，在步骤(I)参数不变的基础上通入流量分别为O?4sCCm氧气和11?15sccm氩气的混合气体处理I?3小时，在此过程中金刚石膜表面得到处理。
[0010]所述步骤(I)中微波等离子体化学气相沉积法工艺参数为:甲烷流量为2?6SCCm，氢气流量为100?300sccm，沉积压强4?8kPa，沉积温度715?885°C，微波功率为5?8kW，沉积时间为6?1小时。
[0011]本发明的有益效果是:
(I)本发明不仅能有效提高金刚石膜的表面质量，保持高的金刚石相含量，而且简便易实施。
[0012](2)本发明采用的是氧气-氩气混合气体，其用量小，成本低，有利于推动工业化的发展。
[0013](3)本发明不涉及有毒有害物质的使用和排放，实施过程安全可靠，对环境友好。
[0014](4)本发明与传统的直接抛光相比，具有不降低其有效厚度、不产生微裂纹的优点。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例2氧气和氩气处理后金刚石膜的扫描电镜照片；
图2是本发明实施例2处理后以及未处理前金刚石膜表面粗糙度对比图；
图3是本发明实施例2处理后金刚石膜XPS成分分析图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0017]实施例1
该金刚石膜表面处理方法，其具体步骤如下:
(I)以单面抛光的硅片为基底，采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜，具体过程为:首先将硅片用含有金刚石粉末的乙醇悬浮溶液超声处理45min，然后在丙酮、乙醇和蒸馏水中分别超声清洗lOmin，最后在氮气环境中干燥，微波等离子体化学气相沉积法工艺参数为:甲烷流量为4SCCm，氢气流量为200sCCm，沉积压强6.95kPa，沉积温度836°C，微波功率为6.5kff，沉积时间为8小时；
(2)步骤(I)沉积完成后，在步骤(I)参数不变的基础上(即甲烷流量为4sCCm，氢气流量为200sccm，沉积压强6.95kPa，沉积温度836°C，微波功率为6.5kW)，通入流量为15sccm氩气处理2小时，在此过程中金刚石膜表面得到处理。
[0018]处理后的金刚石膜表面采用TR200粗糙度仪检测出其粗糙度为129.lnm。
[0019]实施例2
该金刚石膜表面处理方法，其具体步骤如下:
(1)以单面抛光的硅片为基底，采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜，具体过程为:首先将硅片用含有金刚石粉末的乙醇悬浮溶液超声处理45min，然