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表面的結合力也得到增強。利用負偏壓增強CVD系統制備金剛石膜時，氣體輝光放電產生的離子對Si表面轟擊，使得Si襯底表面產生了微缺陷（凹坑），增大了金剛石膜與Si襯底的結合面積。本工作主要從理論上研究離子轟擊對金剛石膜與Si襯底結合力的影響。
關鍵詞：金剛石膜；硅襯底；結合力

金剛石具有優異的物理性能和化學性能，如高硬度、高熱導率、大禁帶寬度，光從紅外到紫外具有高的透過率和化學惰性等，決定了它在機械、熱學、微電子學等領域是一種應用非常廣泛的材料。目前，利用各種化學氣相沉積已經很容易制備金剛石膜。但是，金剛石膜與襯底之間的結合強度對金剛石膜的應用是一關鍵問題。若金剛石膜與襯底的結合強度比較低，將會導致金剛石膜在應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，需對襯底進行預處理，如金剛石微粉研磨,沉積金屬過渡層等[1,2]。1991年，日本學者Yugo等[3]在利用微波等離子體化學氣相沉積制備金剛石膜時，發現給襯底加上負偏壓后，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，許多學者對負襯底偏壓增強金剛石的成核機制進行了大量的研究[4~9]。他們的研究結果也表明了
負襯底偏壓能夠增強金剛石膜與襯底的粘附力，如圖1所示[9]，為增強金剛石膜與襯底的結合強度提供了新的方法。本工作中，分析了有關負偏壓增強金剛石核化和金剛石與襯底之間粘附力的文獻[3,9]。文獻結果表明在負襯底偏壓作用下，氣體產生輝光放電，并產生大量的活性離子。活性離子在輝光放電形成的強電場作用下對襯底表面強烈的轟擊，導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]。從這一實驗結果開始，結合等離子體理論和界面理論，理論研究了負偏壓增強金剛石核化和金剛石與襯底之間的結合強度，并給出了結合強度與負偏壓的函數關系。我們認為凹坑微缺陷的產生增大了金剛石膜與襯底的接觸面積，增強了金剛石核化和金剛石與襯底之間的結合強度。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，也是增強金剛石核化和金剛石與襯底之間結合強度的一個重要因素。