[发明专利]一种利用脉冲激光烧蚀均匀化加工金刚石膜表面的方法

说明书

本发明涉及一种利用脉冲激光烧蚀均匀化加工金刚石膜表面的方法：对金刚石膜表面进行清洁净化处理；将聚碳硅烷微粉和金属氧化物微粉混合均匀获得混合微粉，然后使用二乙烯基苯作为溶剂和交联剂，配制成涂料；所述金属氧化物由ZrO、Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、ZnO和MgO混合组成；采用喷涂的方式将涂料均匀涂布于金刚石膜表面，涂布完成后固化成膜，即在金刚石膜表面获得金属氧化物涂层；对涂覆有金属氧化物涂层的金刚石膜表面进行脉冲激光烧蚀。该方法解决了激光直接照射CVD多晶金刚石膜表面时由于存在晶界影响导致金刚石表面激光吸收不均匀、产生凹凸不平的表面缺陷甚至崩口等问题。

技术领域

本发明属于激光加工和表面处理技术领域，具体涉及一种利用脉冲激光烧蚀均匀化加工金刚石膜表面的方法。

背景技术

金刚石具有极高的硬度、良好的化学稳定性、高热传导率、高弹性模量、大电阻、宽带隙、较宽的透光波段（从红外到紫外）及低摩擦系数等优越的物理化学、光学和热学性质，被视为 21 世纪最有发展前途的工程材料，在高科技领域具有广泛的应用前景。然而，由于金刚石膜硬度非常高、脆性大、化学性能稳定，在采用机械接触式加工方法加工金刚石时，容易使其表面产生划痕、破碎、残余应力高等缺陷，而且加工效率极低的问题始终存在。因此，解决金刚石晶圆抛光平坦化技术，尤其是大尺寸CVD金刚石晶圆的超精密无损伤抛光平坦化加工已成为金刚石晶圆在高新技术领域得到广泛应用的瓶颈问题。

随着近些年来金刚石加工技术的不断研究，以及激光加工领域技术的不断进步，尤其是大功率超短脉冲激光器的发展，使得激光加工金刚石成为一种可能，激光加工技术作为一种非接触式加工方法，其灵活度高、加工过程中没有机械力作用，不易使材料发生破碎，并且能够得到相当高的加工效率，非常适用于加工金刚石等硬脆性材料。

CVD多晶金刚石膜生长衬底多采用金刚石微粉抛光后的单晶硅或其他衬底材料，对于异质外延生长的CVD多晶金刚石膜在其长晶的过程可以分为三个阶段：（1）成核阶段，薄膜先是生成独立分布的核；（2）生成岛屿状；（3）岛屿连成致密的连续膜。生长完成后在多晶金刚石膜成核面会得到一个致密的且粗糙度极低的光滑表面。在后续使用激光的方式降低表面粗糙度和平坦化加工时，若激光直接烧蚀金刚石成核面，光滑的金刚石膜表面对激光有着高的反射率，且对于多晶金刚石在其不同晶界上对激光光源的吸收率不同，会导致激光直接加工多晶金刚石膜时会产生凹凸不平的表面缺陷甚至崩口，严重影响金刚石膜表面质量及金刚石膜后续工艺加工效率。基于此，本发明主要提出一种利用脉冲激光烧蚀均匀化加工金刚石膜表面的方法。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种利用脉冲激光烧蚀均匀化加工金刚石膜表面的方法，该方法解决了激光直接照射CVD多晶金刚石膜表面时由于存在晶界影响导致金刚石表面激光吸收不均匀、产生凹凸不平的表面缺陷甚至崩口等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用脉冲激光烧蚀均匀化加工金刚石膜表面的方法，其包括如下步骤：

1）对CVD多晶金刚石膜表面进行清洁净化处理；

2）将聚碳硅烷（PCS）微粉和金属氧化物微粉混合均匀获得混合微粉，然后使用二乙烯基苯（DVB）作为溶剂和交联剂，配制成涂料；所述金属氧化物由ZrO、Al₂O₃、ZnO和MgO混合组成；

3）采用喷涂的方式将涂料均匀涂布于金刚石膜表面，涂布完成后通过固化程序使涂层固化成膜，即在金刚石膜表面获得金属氧化物涂层；每次涂布固化后测量其厚度；

4）对涂覆有金属氧化物涂层的金刚石膜表面进行脉冲激光烧蚀。利用脉冲激光烧蚀金刚石表面的金属氧化物涂层使其升温，通过金刚石高温碳化作用使得金属氧化物涂层下方的金刚石表面生成均匀、易去除的石墨层。