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B O L E T I N D E L A S O C I E DA D E S PA Ñ O L A D E

Cerámica y Vidrio
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Si3N4 recubierto con diamante CVD mediante filamento
caliente y plasma generado por microondas
A.TALLAIRE1, F.J. OLIVEIRA1, A.J.S. FERNANDES2, F.M. COSTA2, M. BELMONTE1, R.F. SILVA1
Departamento de Engenharia Cerâmica e do Vidro, CICECO,Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
2Departamento de Física, Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal

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Se han depositado películas de diamante CVD sobre substratos de nitruro de silicio empleando un reactor experimental de filamento caliente
y un reactor comercial que utiliza un plasma generado por microondas. La importancia del Si3N4 como substrato reside en que favorece
una buena adhesión con el diamante para ser utilizado enaplicaciones de desgaste. Los recubrimientos obtenidos han sido caracterizados
mediante espectroscopía µ-Raman, difracción de Rayos-X, microscopía electrónica de barrido y microscopía de fuerza atómica. El grado de
adhesión entre la película y el substrato ha sido determinado realizando una serie de indentaciones con una punta Brale a diferentes cargas.
Las películas depositadas mediante filamentocaliente son similares, en términos de calidad del diamante y morfología, a las conseguidas con
plasma inducido por microondas, aunque presentan problemas de uniformidad. Se han utilizado también substratos con geometría esférica
para comparar los recubrimientos obtenidos por ambas técnicas.
Palabras clave: diamante, nitruro de silicio, HFCVD, MPCVD
Diamond coating on Si3N4 by hot filament andmicrowave plasma assisted CVD
Silicon nitride substrates have been diamond coated by hot-filament (home made) and microwave plasma (commercial) CVD reactors. The
importance of Si3N4 as substrate relies on its favoured adhesion to the diamond film, as required in wear applications. Diamond coatings have
been characterized by µ-Raman spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and atomicforce microscopy. The diamond
film/substrate adhesion has been evaluated by performing Brale indentations at different loads. The diamond films grown by hot filament
matched those grown by microwave plasma in terms of morphology and diamond quality, only loosing in uniformity. Spherical substrates
have also been used to compare the films coated by both techniques.
Keywords: diamond, siliconnitride, HFCVD, MPCVD

1. INTRODUCCIÓN
El diamante es uno de los materiales que mejores propiedades
ópticas, mecánicas, térmicas y electrónicas presenta, lo que le hace
ser un candidato excepcional como recubrimiento en ventanas de IR,
herramientas de corte, disipador de calor, diodos láser de alta potencia
o en circuitos electrónicos (1). La obtención de películas de diamante
sobre una superficiesólida se realiza, fundamentalmente, mediante
deposición química en fase vapor (CVD). Los dos métodos más empleados para activar las especies gaseosas presentes en el proceso de
deposición son: i) filamento caliente (HFCVD) y ii) plasma generado
por microondas (MPCVD). La conveniencia de usar uno u otro depende de la optimización de los parámetros de proceso y de los requerimientos de la piezarecubierta.
El nitruro de silicio es uno de los substratos más atractivos para
ser recubierto por diamante CVD, debido a que su coeficiente de expansión térmica (2.9 x 10-6 < α < 3.6 x 10-6 K-1 a 20 < T < 1500ºC) (2) es
de los más próximos al diamante (0.8 x 10-6 < α < 4.5 x 10-6 K-1 a 20 < T
< 800ºC) (3). De esta forma, las tensiones térmicas desarrolladas en el
material recubierto son menores a lasobtenidas con otros substratos y,
por tanto, favorece una buena adhesión entre la película y el substrato,
que unido a las buenas propiedades mecánicas del Si3N4, hacen que los
materiales de diamante-Si3N4 sean excelentes candidatos para ser utilizados como herramientas de corte y en aplicaciones de desgaste (4).
La deposición de diamante sobre Si3N4 utilizando MPCVD ha sido
ampliamente descrita en...