类金刚石薄膜的研究

DLC薄膜王永东北大学真空预流体工程研究中心导师李建昌蔺增DLC薄膜类金刚石碳(DLC)涂层的主要成分为碳,是一种兼有高硬度和优异摩擦性能的非晶体硬质薄膜，一种非晶亚稳态结构DLC膜的成份主要指sp^3键和sp^2键，还可能含有一些杂质相如C-H等DLC薄膜1971：SolAsienberg和RonaldChabot用IBD首次制备根据薄膜结构是否含有氢可分为：无氢非晶碳膜(a-Cfilm)：一般CVD制备四面体碳膜(ta-Cfilm)或非晶金刚石膜(a-Dfilm)：一般PVD制备DLC薄膜性能机械性能：高硬度和高弹性模量、优异的耐磨性、低摩擦系数DLC膜中氢的含量超过40%门限时能获得很低的摩擦系数，但过多的氢存在将降低膜与基体的结合力和表面硬度，使内应力增大。电学性能：表面电阻高化学惰性大光学性能：DLC膜在可见光区通常是吸收的，在红外区具有很高的透过率稳定性；亚稳态的材料，热稳定性很差，400摄氏度DLC薄膜应用1.机械领域的应用用于防止金属化学腐蚀和划伤方面磁介质保护膜2.电子领域的应用ULSI芯片的制造：光刻电路板的掩膜ULSI的BEOL(线后端)互联结构的低K值的材料碳膜和DLC膜交替出现的多层结构构造共振隧道效应的多量子阱结构DLC可作为平面板场发射显示FED的电子发射器3.光学领域的应用用在锗光学镜片上和硅太阳能电池上作为减反射膜塑料和聚碳酸脂等低熔点材料组成的光学透镜表面抗磨损保护层DLC膜为性能极佳的发光材料之一：光学隙带范围宽，室温下光致发光和电致发光率都很高DLC薄膜应用4.医学领域的应用在人工心脏瓣膜的不锈钢或钛合金表面沉积DLC膜能同时满足机械性能、耐腐蚀性能和生物相溶性要求人工关节承受面的抗磨层DLC薄膜制备方法物理气相沉积1.离子束沉积(IBD)：采用氩等离子体溅射石墨靶形成大量的碳离子，并通过电磁场加速使碳离子沉积于基体表面形成DLC膜DLC薄膜制备方法2.溅射沉积特点：沉积的离子能量范围宽。主要分为：直流溅射、射频溅射、磁控溅射3.磁过滤阴极弧沉积4.脉冲激光沉积(PLD)：多功能的工艺方法，可以用来沉积从高温超导体到硬质涂层等多种不同性质的材料。DLC薄膜制备方法化学气相沉积1.直接光化学气相沉积2.直流辉光放电化学气相沉积(DCCVD)3.射频辉光放电化学气相沉积(rfPECVD)感应圈式：膜质量较差并且沉积速率低平行板电容耦合式：薄膜厚度均匀、生产效率高、沉积速率高、稳定性好、可调性和重复性好4.电子回旋共振化学气相沉积(ECRCVD)电子回旋共振是在输入的微波频率等于电子回旋频率时，微波能量可以共振耦合给电子，获得能量的电子与中性气体碰撞，分解碳氢气体产生等离子体，然后沉积到基体上PECVD制备DLC薄膜电容耦合PECVD系统制备DLC薄膜优点：1.等离子体的存在可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，促进反应活性基团的生成，显著降低反应沉积的温度范围，2.可以获得大面积均匀的电场分布，制备性质均匀的高质量薄膜所3.沉积和溅射过程几乎全部被限制在衬底所在的电极表面附近，这样就大大降低了反应室壁的污染4.薄膜质地致密，薄膜具有比较小的内应力和良好的粘附力5.操作简单PECVD制备DLC薄膜DLC工艺流程