超声波分散在沉积前充当基材表面结构的关键构建者。它利用空化效应分解纳米金刚石团聚体，并将金刚石晶种物理嵌入硅或金属基材中。这会形成一个均匀的晶种层，对于后续薄膜的形成至关重要。
超声波分散的核心价值在于其产生高密度成核位点的能力。通过将纳米金刚石晶种推入基材表面，它满足了在化学气相沉积（CVD）过程中实现连续、光滑金刚石薄膜生长的绝对先决条件。
超声波晶种的机械原理
利用空化效应
该过程依赖于含有纳米金刚石粉末的溶液中的超声波振动。这些振动会产生微小的气泡，这些气泡会剧烈塌陷，这种现象称为空化。
晶种的物理嵌入
这些塌陷气泡释放的能量会产生高压冲击。这种力会将纳米金刚石晶种物理地驱动或“嵌入”到硅或金属基材的表面。
分解团聚体
纳米颗粒自然倾向于聚集在一起。超声波能量会破坏这些团簇，确保金刚石晶种均匀分散在溶液中，而不是以大块、不均匀的团块形式沉积。
成核密度为何重要
CVD生长的基础
金刚石薄膜在非金刚石基材上无法自发生长，没有模板。嵌入的晶种充当此模板，提供金刚石晶体开始形成所必需的成核位点。
实现薄膜连续性
要使薄膜有用，它必须是连续且光滑的。超声波分散确保晶种足够密集，以便在生长时它们能够快速合并，形成一个固体、不间断的层。
防止斑驳沉积
如果没有这种预处理提供的高密度位点，随后的化学气相沉积（CVD）过程很可能导致斑驳、岛状生长，而不是高质量的薄膜。
理解权衡
能量与完整性的平衡
虽然空化效应对于嵌入晶种是必要的，但它涉及显著的物理力。过度的超声波能量如果未正确校准，可能会损坏脆弱的基材表面或引起微裂纹。
均匀性与团聚
如果分散参数（频率或持续时间）不正确，纳米金刚石可能会重新团聚。这会导致晶种分布不均，直接转化为最终产品中粗糙或不一致的薄膜质量。
清洁度依赖性
虽然该过程旨在用于晶种，但溶液必须不含其他污染物。相同的空化作用可以嵌入晶种，如果溶液的纯度未得到严格维持，也可以将杂质驱动到基材中。
为您的目标做出正确选择
为了优化您的金刚石薄膜沉积，请根据您的具体结果调整超声波参数：
- 如果您的主要重点是薄膜光滑度：优先使用更高强度的超声波设置，以最大化成核位点的密度，确保晶粒快速合并，形成更平坦的表面。
- 如果您的主要重点是基材完整性：使用调制频率以防止在较软的金属上出现表面凹坑，同时仍能实现足够的晶种附着力。
金刚石CVD的成功取决于晶种层的质量；超声波分散是保证该基础的最有效工具。
总结表：
| 特征 | 在基材预处理中的作用 | 对金刚石薄膜的影响 |
|---|---|---|
| 空化效应 | 内爆的气泡产生高压冲击 | 将纳米金刚石晶种驱动到基材中 |
| 解团聚 | 分解纳米颗粒团簇 | 确保晶种分布均匀 |
| 成核密度 | 增加活性生长位点的数量 | 实现连续、光滑的薄膜生长 |
| 晶种层 | 充当CVD的模板 | 防止斑驳或岛状沉积 |
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参考文献
- Orlando Auciello, Dean M. Aslam. Review on advances in microcrystalline, nanocrystalline and ultrananocrystalline diamond films-based micro/nano-electromechanical systems technologies. DOI: 10.1007/s10853-020-05699-9
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
