D0I:10.13374/j.issn1001053x.1995.03.008 第17卷第3期 北京科技大学学报 Vol.17 No.3 1995年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1995 火焰法沉积金刚石薄膜的组织结构 郭志猛殷声赖和怡 北京科技大学材料系，北京100083 摘要用透射电镜(TEM)对大气中火焰法沉积(CFD)金刚石薄膜的组织结构进行了分析 研究.结果表明，所沉积的金刚石品体中{111}面上存在着大量层错及显微李晶；在{111}面 上晶粒边界处的位错密度较低.此外，在金刚石薄膜中还观察到存在于金刚石颗粒间的非金 刚石型碳(C),即无定形碳及微品石墨， 关键词化学火焰，沉积，金刚石，组织结构 中图分类号0766.1,0613.71 Microstructure of Diamond Films Deposited by CFD Guo Zhimeng Yin Sheng Lai Heyi Department of Material Science and Engineering.USTB,Beijing 100083 PRC ABSTRACT Microstructure of diamond films deposited by combustion flame (CFD)in the air was analyzed by transmission electron microscopy(TEM).The result showed that there are stacking faults and microtwins in diamond crystalline,which dominatly exist on (111)planes.Dislocations are also found in the diamond crystalline.There was higher dislocations density in middle of diamond crystalline than that in baundary. Finally the non-diamond type carbon impurities was found between the diamond grains in the diamond film,which are amorphous carbon and /or microcrystalline graphite. KEY WORDS chemical flame,deposition,diamond,microstructure 在金刚石晶体中，有4个能量等同的杂化轨道.这4个轨道分别和其它碳的4个杂化 轨道重叠形成4个C-C键.它们的方向指向正四面体的顶角，键间夹角为109°28'，形 成立方金刚石，属于面心立方(fCc)结构.这就决定了金刚石的晶体形貌及部分晶体缺陷的 特征. 当生长面是{111}面时，生长面上单个原子旋转60°就成为六方核，这样依原子在下 一形成面上的位置将形成孪晶或层错.旋转仅影响与之最近邻的原子，所以这种原子的形 成能很小，表面形核相对容易些，这就使得在{111}面上的层错及孪晶的密度相当高.在形 成多重孪晶(Multiply twinned particles MTPS)结构时，也以{lIl}面为孪晶面l~. 1994-07-28收稿第一作者男36岁博士副教授
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 火焰法 沉积 金 刚石薄膜 的组 织 结构 郭 志猛 殷 声 赖 和 怡 北 京 科 技 大 学 材 料 系 ， 北 京 摘 要 用 透 射 电镜 对 大 气 中火 焰 法 沉 积 金 刚石 薄膜 的组 织结构进行 了 分析 研究 结果表 明 ， 所沉积 的金 刚石 晶体 中 面上存在 着 大量层错及显微孪晶 在 面 上 晶粒 边 界 处 的位 错 密 度 较 低 此 外 ， 在 金 刚 石 薄膜 中还 观 察 到 存 在 于 金 刚 石 颗 粒 间 的 非 金 刚石 型 碳 ， 即 无 定 形 碳 及 微 晶 石 墨 关键 词 化 学 火 焰 ， 沉 积 ， 金 刚 石 ， 组 织 结 构 中图分类号 ， “ 从 ， ， 而 ， 而 川 一 ， 而 ， ， ， 在 金 刚石 晶体 中 ， 有 个 能 量 等 同 的 杂 化 轨 道 这 个 轨道 分 别 和 其 它 碳 的 个 杂 化 轨道 重 叠 形 成 个 一 键 它 们 的方 向指 向正 四 面 体 的 顶 角 ， 键 间 夹 角 为 ‘ ， 形 成 立 方 金 刚 石 ， 属 于 面 心 立 方 结 构 这 就 决 定 了金 刚 石 的 晶 体 形 貌 及 部 分 晶 体缺 陷 的 特 征 当生 长 面 是 面 时 ， 生 长 面 上 单 个 原 子 旋 转 。 就 成 为 六 方 核 这 样 依 原 子 在 下 一 形 成 面 上 的位 置 将 形 成 孪 晶 或 层 错 旋 转 仅 影 响 与 之 最 近 邻 的 原 子 ， 所 以 这 种 原 子 的 形 成 能 很 小 ， 表 面 形 核 相 对容 易 些 这 就 使 得 在 面 上 的层 错 及 孪 晶 的 密度 相 当 高 在 形 成 多 重 孪 晶 结 构 时 ， 也 以 面 为 孪 晶 面 ’ 一 ‘ 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 副 教 授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．03．008
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 火焰法 沉积 金 刚石薄膜 的组 织 结构 郭 志猛 殷 声 赖 和 怡 北 京 科 技 大 学 材 料 系 ， 北 京 摘 要 用 透 射 电镜 对 大 气 中火 焰 法 沉 积 金 刚石 薄膜 的组 织结构进行 了 分析 研究 结果表 明 ， 所沉积 的金 刚石 晶体 中 面上存在 着 大量层错及显微孪晶 在 面 上 晶粒 边 界 处 的位 错 密 度 较 低 此 外 ， 在 金 刚 石 薄膜 中还 观 察 到 存 在 于 金 刚 石 颗 粒 间 的 非 金 刚石 型 碳 ， 即 无 定 形 碳 及 微 晶 石 墨 关键 词 化 学 火 焰 ， 沉 积 ， 金 刚 石 ， 组 织 结 构 中图分类号 ， “ 从 ， ， 而 ， 而 川 一 ， 而 ， ， ， 在 金 刚石 晶体 中 ， 有 个 能 量 等 同 的 杂 化 轨 道 这 个 轨道 分 别 和 其 它 碳 的 个 杂 化 轨道 重 叠 形 成 个 一 键 它 们 的方 向指 向正 四 面 体 的 顶 角 ， 键 间 夹 角 为 ‘ ， 形 成 立 方 金 刚 石 ， 属 于 面 心 立 方 结 构 这 就 决 定 了金 刚 石 的 晶 体 形 貌 及 部 分 晶 体缺 陷 的 特 征 当生 长 面 是 面 时 ， 生 长 面 上 单 个 原 子 旋 转 。 就 成 为 六 方 核 这 样 依 原 子 在 下 一 形 成 面 上 的位 置 将 形 成 孪 晶 或 层 错 旋 转 仅 影 响 与 之 最 近 邻 的 原 子 ， 所 以 这 种 原 子 的 形 成 能 很 小 ， 表 面 形 核 相 对容 易 些 这 就 使 得 在 面 上 的层 错 及 孪 晶 的 密度 相 当 高 在 形 成 多 重 孪 晶 结 构 时 ， 也 以 面 为 孪 晶 面 ’ 一 ‘ 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 副 教 授
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 火焰法 沉积 金 刚石薄膜 的组 织 结构 郭 志猛 殷 声 赖 和 怡 北 京 科 技 大 学 材 料 系 ， 北 京 摘 要 用 透 射 电镜 对 大 气 中火 焰 法 沉 积 金 刚石 薄膜 的组 织结构进行 了 分析 研究 结果表 明 ， 所沉积 的金 刚石 晶体 中 面上存在 着 大量层错及显微孪晶 在 面 上 晶粒 边 界 处 的位 错 密 度 较 低 此 外 ， 在 金 刚 石 薄膜 中还 观 察 到 存 在 于 金 刚 石 颗 粒 间 的 非 金 刚石 型 碳 ， 即 无 定 形 碳 及 微 晶 石 墨 关键 词 化 学 火 焰 ， 沉 积 ， 金 刚 石 ， 组 织 结 构 中图分类号 ， “ 从 ， ， 而 ， 而 川 一 ， 而 ， ， ， 在 金 刚石 晶体 中 ， 有 个 能 量 等 同 的 杂 化 轨 道 这 个 轨道 分 别 和 其 它 碳 的 个 杂 化 轨道 重 叠 形 成 个 一 键 它 们 的方 向指 向正 四 面 体 的 顶 角 ， 键 间 夹 角 为 ‘ ， 形 成 立 方 金 刚 石 ， 属 于 面 心 立 方 结 构 这 就 决 定 了金 刚 石 的 晶 体 形 貌 及 部 分 晶 体缺 陷 的 特 征 当生 长 面 是 面 时 ， 生 长 面 上 单 个 原 子 旋 转 。 就 成 为 六 方 核 这 样 依 原 子 在 下 一 形 成 面 上 的位 置 将 形 成 孪 晶 或 层 错 旋 转 仅 影 响 与 之 最 近 邻 的 原 子 ， 所 以 这 种 原 子 的 形 成 能 很 小 ， 表 面 形 核 相 对容 易 些 这 就 使 得 在 面 上 的层 错 及 孪 晶 的 密度 相 当 高 在 形 成 多 重 孪 晶 结 构 时 ， 也 以 面 为 孪 晶 面 ’ 一 ‘ 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 副 教 授
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 火焰法 沉积 金 刚石薄膜 的组 织 结构 郭 志猛 殷 声 赖 和 怡 北 京 科 技 大 学 材 料 系 ， 北 京 摘 要 用 透 射 电镜 对 大 气 中火 焰 法 沉 积 金 刚石 薄膜 的组 织结构进行 了 分析 研究 结果表 明 ， 所沉积 的金 刚石 晶体 中 面上存在 着 大量层错及显微孪晶 在 面 上 晶粒 边 界 处 的位 错 密 度 较 低 此 外 ， 在 金 刚 石 薄膜 中还 观 察 到 存 在 于 金 刚 石 颗 粒 间 的 非 金 刚石 型 碳 ， 即 无 定 形 碳 及 微 晶 石 墨 关键 词 化 学 火 焰 ， 沉 积 ， 金 刚 石 ， 组 织 结 构 中图分类号 ， “ 从 ， ， 而 ， 而 川 一 ， 而 ， ， ， 在 金 刚石 晶体 中 ， 有 个 能 量 等 同 的 杂 化 轨 道 这 个 轨道 分 别 和 其 它 碳 的 个 杂 化 轨道 重 叠 形 成 个 一 键 它 们 的方 向指 向正 四 面 体 的 顶 角 ， 键 间 夹 角 为 ‘ ， 形 成 立 方 金 刚 石 ， 属 于 面 心 立 方 结 构 这 就 决 定 了金 刚 石 的 晶 体 形 貌 及 部 分 晶 体缺 陷 的 特 征 当生 长 面 是 面 时 ， 生 长 面 上 单 个 原 子 旋 转 。 就 成 为 六 方 核 这 样 依 原 子 在 下 一 形 成 面 上 的位 置 将 形 成 孪 晶 或 层 错 旋 转 仅 影 响 与 之 最 近 邻 的 原 子 ， 所 以 这 种 原 子 的 形 成 能 很 小 ， 表 面 形 核 相 对容 易 些 这 就 使 得 在 面 上 的层 错 及 孪 晶 的 密度 相 当 高 在 形 成 多 重 孪 晶 结 构 时 ， 也 以 面 为 孪 晶 面 ’ 一 ‘ 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 副 教 授