類金剛石薄膜的研究

1、DLC薄膜 導師 李建昌 藺增1DLC薄膜類金剛石碳(DLC)涂層的主要成分為碳,是一種兼有高硬度和優(yōu)異摩擦性能的非晶體硬質(zhì)薄膜，一種非晶亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)DLC膜的成份主要指sp3鍵和sp2鍵，還可能含有一些雜質(zhì)相如C- H 等2DLC薄膜1971：Sol Asienberg和Ronald Chabot用IBD首次制備根據(jù)薄膜結(jié)構(gòu)是否含有氫可分為：無氫非晶碳膜(a-C film)：一般CVD制備四面體碳膜(ta-C film)或非晶金剛石膜(a-D film)：一般PVD制備3DLC薄膜性能機械性能：高硬度和高彈性模量、優(yōu)異的耐磨性、低摩擦系數(shù)DLC膜中氫的含量超過40%門限時能獲得很低的摩擦系數(shù)，

2、但過多的氫存在將降低膜與基體的結(jié)合力和表面硬度，使內(nèi)應力增大。電學性能：表面電阻高化學惰性大光學性能：DLC膜在可見光區(qū)通常是吸收的，在紅外區(qū)具有很高的透過率穩(wěn)定性；亞穩(wěn)態(tài)的材料，熱穩(wěn)定性很差， 400攝氏度4DLC薄膜應用 1.機械領(lǐng)域的應用用于防止金屬化學腐蝕和劃傷方面磁介質(zhì)保護膜2.電子領(lǐng)域的應用 ULSI芯片的制造：光刻電路板的掩膜 ULSI的BEOL(線后端)互聯(lián)結(jié)構(gòu)的低K值的材料 碳膜和DLC膜交替出現(xiàn)的多層結(jié)構(gòu)構(gòu)造共振隧道效應的多量子阱結(jié)構(gòu)DLC可作為平面板場發(fā)射顯示FED的電子發(fā)射器 3.光學領(lǐng)域的應用用在鍺光學鏡片上和硅太陽能電池上作為減反射膜塑料和聚碳酸脂等低熔點材料組成的

3、光學透鏡表面抗磨損保護層DLC膜為性能極佳的發(fā)光材料之一：光學隙帶范圍寬，室溫下光致發(fā)光和電致發(fā)光率都很高5DLC薄膜應用 4.醫(yī)學領(lǐng)域的應用在人工心臟瓣膜的不銹鋼或鈦合金表面沉積DLC膜能同時滿足機械性能、耐腐蝕性能和生物相溶性要求人工關(guān)節(jié)承受面的抗磨層6DLC薄膜制備方法物理氣相沉積1.離子束沉積(IBD)：采用氬等離子體濺射石墨靶形成大量的碳離子，并通過電磁場加速使碳離子沉積于基體表面形成DLC膜7DLC薄膜制備方法2.濺射沉積特點：沉積的離子能量范圍寬。主要分為：直流濺射、射頻濺射、磁控濺射3.磁過濾陰極弧沉積4.脈沖激光沉積(PLD)：多功能的工藝方法，可以用來沉積從高溫超導體到硬質(zhì)

4、涂層等多種不同性質(zhì)的材料。8DLC薄膜制備方法化學氣相沉積1.直接光化學氣相沉積2.直流輝光放電化學氣相沉積(DCCVD)3.射頻輝光放電化學氣相沉積(rf PECVD)感應圈式：膜質(zhì)量較差并且沉積速率低平行板電容耦合式：薄膜厚度均勻、生產(chǎn)效率高、沉積速率高、穩(wěn)定性好、可調(diào)性和重復性好4.電子回旋共振化學氣相沉積(ECRCVD)電子回旋共振是在輸入的微波頻率等于電子回旋頻率時，微波能量可以共振耦合給電子，獲得能量的電子與中性氣體碰撞，分解碳氫氣體產(chǎn)生等離子體，然后沉積到基體上9PECVD制備DLC薄膜電容耦合PECVD系統(tǒng)制備DLC薄膜優(yōu)點：1.等離子體的存在可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，促進反應活性基團的生成，顯著降低反應沉積的溫度范圍，2.可以獲得大面積均勻的電場分布，制備性質(zhì)均勻的高質(zhì)量薄膜所3.沉積和濺射過程幾乎全部被限制在襯底所在的電極表面附近，這樣就大大