直流/射频耦合反应磁控溅射法类金刚石薄膜的制备与分析

发布时间：2022-01-13 09:48

　　采用直流/射频耦合反应磁控溅射法在Si（111）衬底上使用高纯石墨靶材制备出了类金刚石（DLC）薄膜。分别采用表面轮廓仪、激光拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜、白光干涉仪、纳米压痕对薄膜的性能进行了表征和分析。研究了沉积过程中不同工作气压（0.35¹.25Pa）对薄膜沉积速率、结构、表面形貌及力学性能的影响。研究表明,随着工作气压的升高,薄膜的沉积速率逐渐减小,薄膜中sp3含量先升高后降低;薄膜表面粗糙度随工作气压的升高呈现出先降低后升高的趋势,且在工作气压为1.0Pa时达到最小值6.68nm;随着工作气压的升高,薄膜的显微硬度与体弹性模量先升高后降低,且在工作气压为1.0Pa时分别达到最大值11.6和120.7GPa。 

【文章来源】：功能材料. 2017,48(01)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图１实验装置与方法的简单示意图Ｆｉｇ１Ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｓｋｅｔｃｈｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅａｎｄ

ｅｔｃｈｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅａｎｄｍｅｔｈｏｄ表１沉积ＤＬＣ薄膜的工艺参数Ｔａｂｌｅ１ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＤＬＣｔｈｉｎｆｉｌｍｓ工作气压／Ｐａ气体流量／ｓｃｃｍ氢气氩气沉积时间／ｍｉｎ射频功率／Ｗ直流电压／Ｖ０．３５２３０１２０５０４０００．７０２３０１２０５０４００１．００２３０１２０５０４００１．１５２３０１２０５０４００１．２５２３０１２０５０４００２结果及分析２．１沉积速率及薄膜结构分析图２给出了ＤＬＣ薄膜在不同工作气压下的沉积速率。由图２可知，随着工作气压的增加，薄膜的沉积速率呈现逐渐减小的趋势。文献研究表明，薄膜的沉积速率是由碳氢中性自由基团的沉积速度和离子的刻蚀作用共同决定［８］。随着工作气压的增大，溅射离子与气体分子碰撞次数随之增加，在碰撞过程中离子能量损失严重，致使溅射离子无法到达基片或无力冲破气体吸附层到达基片，从而降低了薄膜的沉积速率［１４］。同时，随着气压的增大氢离子的密度也会增加，氢离子的刻蚀效应随之增强，最终降低沉积速率［８］。图２不同工作气压下ＤＬＣ薄膜的沉积速率Ｆｉｇ２ＴｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆＤＬＣｆｉｌｍｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ拉曼光谱是确定类金刚石薄膜（ＤＬＣ）精细键结构最好的方法，它被广泛用于分析金刚石、石墨、ＤＬＣ和纳米碳管的结构特征。图３为不同工作气压下ＤＬＣ薄膜的拉曼光谱图。从图３可以看出，不同气压下的样品所得到的拉曼光谱图在１１００～１８００ｃｍ－１范围内都出现了宽

致使溅射离子无法到达基片或无力冲破气体吸附层到达基片，从而降低了薄膜的沉积速率［１４］。同时，随着气压的增大氢离子的密度也会增加，氢离子的刻蚀效应随之增强，最终降低沉积速率［８］。图２不同工作气压下ＤＬＣ薄膜的沉积速率Ｆｉｇ２ＴｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆＤＬＣｆｉｌｍｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ拉曼光谱是确定类金刚石薄膜（ＤＬＣ）精细键结构最好的方法，它被广泛用于分析金刚石、石墨、ＤＬＣ和纳米碳管的结构特征。图３为不同工作气压下ＤＬＣ薄膜的拉曼光谱图。从图３可以看出，不同气压下的样品所得到的拉曼光谱图在１１００～１８００ｃｍ－１范围内都出现了宽化的特征峰。图３左上角的插图为工作气压为１．０Ｐａ时ＤＣＬ薄膜拉曼光谱的分峰拟合图。图３不同工作气压下ＤＬＣ薄膜的拉曼光谱图；左上角的插图为１．０Ｐａ下ＤＣＬ薄拉曼光谱的分峰拟合图Ｆｉｇ３ＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅＤＬＣｆｉｌｍｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ．ＴｈｅｉｎｓｅｔｆｉｇｕｒｅｉｓｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆＤＬＣｆｉｌｍａｔ１．０Ｐａｗｏｒｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ０１２１０２０１７年第１期（４８）卷

【参考文献】：
期刊论文
[1]类金刚石膜在ICF研究中的潜在应用[J]. 王雪敏,吴卫东,李盛印,白黎,唐永建,王锋.  激光与光电子学进展. 2009(01)



本文编号：3586188