反應(yīng)燒結(jié)碳化硅基底致密層制備及性能研究.pdf

1、應(yīng)燒結(jié)碳化硅是一種綜合性能優(yōu)良的反射鏡材料，它由兩種硬度不同的材料組成，普通的機(jī)械加工方式不能或很難使其表面光潔度達(dá)到很高的水平。本研究采用在其表面沉積致密層的方法來(lái)提高表面光潔度。
　　為降低實(shí)驗(yàn)成本，提高研究針對(duì)性，在進(jìn)行致密層沉積之前，首先使用計(jì)算機(jī)模擬的方法對(duì)致密層沉積參數(shù)對(duì)其性能的影響進(jìn)行了分析（包括使用蒙特卡羅法模擬致密層的沉積過(guò)程、分子動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算致密層與襯底之間的相互作用能、有限元分析方法分析致密層-襯底系統(tǒng)的應(yīng)

2、力狀態(tài)），然后根據(jù)模擬分析結(jié)果進(jìn)行了致密層的沉積，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。
　　根據(jù)沉積過(guò)程模擬結(jié)果可知，在高溫下沉積所得致密層與襯底之間的結(jié)合狀況及其致密度得以改善。另外，分子動(dòng)力學(xué)的計(jì)算結(jié)果顯示：隨著沉積溫度的升高，致密層與襯底之間的相互作用能也隨之升高。然而，有限元分析結(jié)果顯示，致密層-襯底系統(tǒng)中熱應(yīng)力隨沉積溫度升高而升高，且與溫度差成正比-這將對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，在對(duì)不同溫度下制備的致密層進(jìn)行致密層-襯底的斷面

3、進(jìn)行觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，沉積溫度對(duì)磁控濺射法制備的硅致密層與襯底之間的結(jié)合情況影響并不明顯。據(jù)此，本研究最終選擇硅致密層的沉積溫度為200℃，盡可能降低了致密層-襯底系統(tǒng)中的應(yīng)力水平。
　　另外，從沉積過(guò)程模擬結(jié)果來(lái)看，隨著襯底表面粗糙度的升高，襯底與致密層之間的結(jié)合情況、致密層的致密度變差。因此在沉積致密層之前，需要將襯底表面粗糙度降低到所能達(dá)到的最低程度。不同表面粗糙度的襯底上制備的致密層的研究顯示：在粗糙襯底表面上制備的致密層具有較

4、高的應(yīng)力水平，部分致密層在自然放置的條件下便出現(xiàn)自然脫落的現(xiàn)象。根據(jù)理論分析結(jié)果，在本文中選用在低粗糙度的襯底上制備硅致密層。
　　本文還研究了致密層厚度對(duì)致密層-襯底系統(tǒng)中應(yīng)力屬性的影響。根據(jù)有限元的分析結(jié)果可知，隨著致密層厚度的增加，致密層中應(yīng)力水平隨之降低，但降低的速率隨著厚度的增加而減小。分析結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果相符。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，在各種測(cè)試中，厚度為12μm的致密層都表現(xiàn)出較高的綜合性能。
　　致密層的結(jié)構(gòu)對(duì)其加工后得

5、到的表面粗糙度有一定影響。非晶硅含量越高，所得致密層拋光后表面粗糙度越低。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在200℃時(shí)沉積的硅致密層具有最高的非晶硅含量，而其他試驗(yàn)溫度下制備的硅致密層中非晶硅的含量均低于此值。對(duì)致密層表面進(jìn)行拋光后發(fā)現(xiàn)，200℃下制備的硅致密層的表面粗糙度值最低。
　　本文還對(duì)由電子束物理氣相沉積法、離子束增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備的硅致密層和化學(xué)氣相沉積法制備的碳化硅致密層的性能進(jìn)行了測(cè)試，并與由磁控濺射法制備的硅致密層的