金刚石薄膜具有诸多优异的理化性能,在材料涂层领域具有很广泛的应用。薄膜表面晶粒尺寸、形貌以及薄膜质量对于金刚石涂层的实际应用会产生非常大的影响。偏压作为辅助金刚石薄膜生长最常见的方式之一,以前的研究往往聚焦于薄膜生长初期的偏压形核过程,对于偏压对薄膜后期的生长过程研究相对较少。本文主要研究了偏压对金刚石薄膜后续生长过程的影响。采用偏压辅助热丝化学气相沉积装置研究了偏压电源等相关实验生长参数对反应体系等离子体的影响,通过SEM、Raman光谱、等离子体光谱等方法对比研究了直流偏压和脉冲偏压两种偏压方式、偏压大小以及偏压下氩气浓度对金刚石薄膜形貌转变的影响及微观机理,并就偏压和氩气对金刚石薄膜表面晶粒的细化程度做了对比研究。结果表明:在其他生长条件固定时,偏流的大小仅与偏压有关,随着偏压的增大,偏流会显著增大;对于脉冲偏压而言,在相同偏压大小下,偏流的大小受到占空比和频率的影响,并随着占空比的增大而增大,而对于频率则相反,频率越小,偏流越大。两种偏压下的丝基距对于偏流的影响趋势相同,随着丝基距的减小,偏流呈现指数型的增大趋势。偏压的大小对薄膜的形貌有很大影响,随着偏压的增大,薄膜的质量和表面的晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势;当施加直流偏压达到90 V左右,脉冲偏压达到150V左右时,薄膜表面晶粒棱边会产生明显的刻蚀痕迹,出现晶粒细化现象;相较直流偏压法,脉冲偏压法制备的金刚石薄膜在晶粒尺寸、均匀性和薄膜的内应力方面更为优异。偏压下添加氩气同样会影响生长,随着氩气浓度的增大,两种偏压体系下生长的金刚石表面晶粒尺寸先增大后减小的趋势。薄膜质量随氩气浓度增大逐渐恶化,且脉冲偏压下金刚石薄膜质量要劣于直流偏压,当氩气浓度达到40%时,两偏压条件下薄膜表面基本纳米化。偏压和氩气对晶粒的细化表现为协同作用,偏压与氩气的共同作用会降低晶粒细化的临界氩气浓度和临界偏压大小。在偏压氩气体系下,偏压大小对于晶粒细化的影响程度更大。