[发明专利]一种立方氮化硼薄膜的生产方法

说明书

一种立方氮化硼薄膜的生产方法属于化学合成领域。主要是为解决目前立方氮化硼薄膜制备在薄膜的黏附性、厚度和立方相含量等方面仍存在诸多问题而发明的。采用三等离子体循环CVD法；将原料BF₃、NH₃和辅助气体Ar、H₂分别经流量计后进入静态混合器，在静态混合器中混合，形成的混合气体进入到加热器内加热，然后进入到等离子反应室，在等离子反应室内的基体上生产成立方氮化硼薄膜。根据等离子反应室出口混合气体中BF₃和NH₃的浓度，调节控制向等离子反应室内补加BF₃和NH₃的数量，以保证混合气体中的BF₃和NH₃的浓度不变。优点是所制得的薄膜对基底附着力好且经久坚固，薄膜厚度达80微米以上。

技术领域：

本发明属于化学合成领域，具体是涉及一种用化学气相沉积（CVD）的方法生产立方氮化硼薄膜的技术。

背景技术：

立方氮化硼（cBN）是一种具有高热稳定性、高耐磨性、高化学稳定性的新型高技术材料。除了应用于切削工具、超硬涂层外，cBN热导率高、绝缘性好，从红外到紫外包括可见光的波谱范围内具有良好的透过性，这使得它可以用作光学器件的窗口材料或表面保护涂层。cBN涂层具有良好的抗热冲击性能，可以作为经常承受热冲击的电子器件的防护涂层。cBN具有负电子亲和势，是一种很好的场发射材料。cBN禁带宽，易于实现n型和p型掺杂，使其在电子、光电子、光学器件和平板显示领域有着非凡的应用前景。

cBN薄膜的制备以气相沉积为主，包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。

物理气相沉积PVD法制备立方氮化硼薄膜主要有以下几种：

离子化蒸镀法：所用原料为硼（B）、氮气（N₂）；离子轰击-蒸镀法（IVD）：所用原料为氮化硼（BN）、N⁺；激光蒸镀法：所用原料为HBN、N⁺；反应性离子镀溅射法：所用原料为B、N₂；反应性脉冲等离子法：所用原料为B、N₂、H₂；反应性射频等离子体溅射法：所用原料为BN、N₂、Ar；离子束沉积法：所用原料为B₃N₃H₆、离子化；激光蒸镀和离子束轰击并用LDVD法：所用原料为BN、N₂、Ar；HCD-ARE法：所用原料为B、N₂、Ar；活性化学反应蒸镀法：所用原料为：H₃BO₃、NH₃；双等离子束轰击法：所用原料为BN、N⁺。

化学气相沉积CVD法制备立方氮化硼薄膜主要有以下几种：

等离子化学输送法：所用原料为B、N₂、H₂；射频等离子CVD法：所用原料为B₂H₆、NH₃、H₂；微波等离子CVD法：所用原料为B₂H₆、N₂；反应性脉冲等离子CVD法：所用原料为B₂H₆、N₂、H₂；有机金属分解的Mo-CVD法：所用原料为（C₂H₆）₂B、NH₃；分子流化气相沉积法（ME-CVD）：所用原料为NH₃、B₁₀H₁₄。

Matsumoto和直流喷射等离子体化学沉积系统中，利用Ar-N₂-BF₃-H₂作为反应气体，制备了厚度为20微米（μm）左右、c-BN含量约85%的cBN膜。