[发明专利]吸收辐射掺硼金刚石复合膜及其制备方法

权利要求书

1.一种吸收辐射掺硼金刚石复合膜，其特征在于，由作为热沉材料的纯金刚石片层和作为光辐射吸收材料的黑色掺硼金刚石膜层复合而成，所述金刚石片层是热导率≥15W/K·cm、电阻率为10¹³～10¹⁵Ω·cm的无色透明膜片；所述黑色掺硼金刚石膜层是由硼原子均匀分布在金刚石晶体中形成，黑色掺硼金刚石膜的表面以(111)晶面为主的微纳尺寸金刚石晶粒组成，其热导率为10～14W/K·cm、电阻率为10³～10⁸Ω·cm，粗糙度为5nm～30μm，黑色掺硼金刚石的晶粒直径为1nm～30μm，晶体形状为八面体，晶粒间形成凹坑。

2.一种权利要求1所述的吸收辐射掺硼金刚石复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a.在MW-PCVD微波等离子体化学气相沉积系统设备中，以金属钼片作衬底，在如下工艺条件进行一次化学气相沉积制备无色透明的金刚石片：H₂流量为200sccm，CH₄流量为1～3sccm，微波功率为3.8～4.2KW，沉积气压为11～17KPa，衬底温度为750～950℃；

b.将a步骤获得的金刚石片进行研磨抛光，使其一侧表面粗糙度为50～100nm，另一侧表面粗糙度小于40nm；

c.将抛光后的金刚石片切割成所需的形状尺寸；

d.对切割后的金刚石片进行下述表面预处理，先用铬酸溶液浸泡30分钟以上，然后用去离子水冲洗，即去除了金刚石片上的杂质和油脂，再将其置于丙酮溶液中超声清洗15分钟，再置于酒精溶液中超声清洗15分钟；最后置于去离子水中超声清洗15分钟，置于150℃热板上烘干；

e.在上述处理后的金刚石片的表面粗糙度为50～100nm的一侧面上进行二次化学气相沉积黑色掺硼金刚石膜，即将上述处理后的热沉金刚石片放置在HC-PCVD热阴极直流等离子体化学气相沉积系统的试样台上，在以下工艺条件进行黑色金刚石薄膜的沉积：氢气的流量为170sccm、甲烷的流量为8～5sccm、硼酸三甲酯的流量为8～12sccm，沉积室内的温度为780～900℃、沉积室内的气压为125～135Torr，施加偏压710～760V，电流为8.3～8.9A。

3.根据权利要求2所述的吸收辐射掺硼金刚石复合膜的制备方法，其特征在于步骤a所述的金属钼衬底，在气相沉积热沉金刚石片前按以下方式进行预处理：用金刚石研磨膏研磨15分钟，然后在丙酮溶液中超声处理10分钟，再在酒精溶液中超声处理10分钟。

4.根据权利要求2所述的吸收辐射掺硼金刚石复合膜的制备方法，其特征在于步骤b所述的金刚石片的研磨抛光是先采用表面化学刻蚀，然后机械研磨抛光，对金刚石膜双面抛光。

5.根据权利要求2所述的吸收辐射掺硼金刚石复合膜的制备方法，其特征在于步骤c所述的金刚石片切割是采用YAG激光切割技术对金刚石片进行高精度切割，

6.根据权利要求2所述的吸收辐射掺硼金刚石复合膜的制备方法，其特征在于步骤d所述的铬酸溶液为Cr₂O₃溶于浓硫酸后所得到的饱和溶液。

7.根据权利要求2所述的吸收辐射掺硼金刚石复合膜的制备方法，其特征在于步骤e中所述在二次化学气相沉积黑色金刚石膜时，在沉积前对HC-PCVD热阴极直流等离子体化学气相沉积系统中的加热源钽电极进行表面打磨净化处理，并用氢气和丙酮加热预处理30分钟，使钽电极表面去除氧化层杂质，并在钽电极表面形成一层碳化钽覆盖层，以抑制过程中钽的挥发和减少金属杂质的引入。