由于金剛石與Si有較大的晶格失配度和表面能差，利用化學(xué)氣相沉積（CVD）制備金剛石膜時，金剛石在鏡面光滑的Si表面上成核率非常低。而負(fù)襯底偏壓能夠提高金剛石在鏡面光滑的Si表面上的成核率，表明金剛石核與Si表面的結(jié)合力也得到增強(qiáng)。利用負(fù)偏壓增強(qiáng)CVD系統(tǒng)制備金剛石膜時，氣體輝光放電產(chǎn)生的離子對Si表面轟擊，使得Si襯底表面產(chǎn)生了微缺陷（凹坑），增大了金剛石膜與Si襯底的結(jié)合面積。本工作主要從理論上研究離子轟擊對金剛石膜與Si襯底結(jié)合力的影響。
關(guān)鍵詞：金剛石膜；硅襯底；結(jié)合力

金剛石具有優(yōu)異的物理性能和化學(xué)性能，如高硬度、高熱導(dǎo)率、大禁帶寬度，光從紅外到紫外具有高的透過率和化學(xué)惰性等，決定了它在機(jī)械、熱學(xué)、微電子學(xué)等領(lǐng)域是一種應(yīng)用非常廣泛的材料。目前，利用各種化學(xué)氣相沉積已經(jīng)很容易制備金剛石膜。但是，金剛石膜與襯底之間的結(jié)合強(qiáng)度對金剛石膜的應(yīng)用是一關(guān)鍵問題。若金剛石膜與襯底的結(jié)合強(qiáng)度比較低，將會導(dǎo)致金剛石膜在應(yīng)用過程中從襯底表面上的剝離。由于金剛石與襯底之間的表面能差和晶格失配差較大，金剛石在鏡面光滑的Si襯底表面上成核密度較低。為提高金剛石的成核密度，需對襯底進(jìn)行預(yù)處理，如金剛石微粉研磨,沉積金屬過渡層等[1,2]。1991年，日本學(xué)者Yugo等[3]在利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積制備金剛石膜時，發(fā)現(xiàn)給襯底加上負(fù)偏壓后，能夠大大地提高金剛石在鏡面光滑的Si襯底上的成核密度，為金剛石膜的制備研究開辟了新的途徑。從此之后，許多學(xué)者對負(fù)襯底偏壓增強(qiáng)金剛石的成核機(jī)制進(jìn)行了大量的研究[4~9]。他們的研究結(jié)果也表明了
負(fù)襯底偏壓能夠增強(qiáng)金剛石膜與襯底的粘附力，如圖1所示[9]，為增強(qiáng)金剛石膜與襯底的結(jié)合強(qiáng)度提供了新的方法。本工作中，分析了有關(guān)負(fù)偏壓增強(qiáng)金剛石核化和金剛石與襯底之間粘附力的文獻(xiàn)[3,9]。文獻(xiàn)結(jié)果表明在負(fù)襯底偏壓作用下，氣體產(chǎn)生輝光放電，并產(chǎn)生大量的活性離子。活性離子在輝光放電形成的強(qiáng)電場作用下對襯底表面強(qiáng)烈的轟擊，導(dǎo)致襯底表面形成凹坑微缺陷，并且這些微缺陷都是納米級的[10]。從這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果開始，結(jié)合等離子體理論和界面理論，理論研究了負(fù)偏壓增強(qiáng)金剛石核化和金剛石與襯底之間的結(jié)合強(qiáng)度，并給出了結(jié)合強(qiáng)度與負(fù)偏壓的函數(shù)關(guān)系。我們認(rèn)為凹坑微缺陷的產(chǎn)生增大了金剛石膜與襯底的接觸面積，增強(qiáng)了金剛石核化和金剛石與襯底之間的結(jié)合強(qiáng)度。同時，納米級的凹坑由于其較高的表面能，減小了金剛石與襯底之間的表面能差，增大了金剛石成核的幾率，也是增強(qiáng)金剛石核化和金剛石與襯底之間結(jié)合強(qiáng)度的一個重要因素。