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过滤阴极真空电弧制备非晶金刚石红外保护膜
作者:管理员    发布于:2015-12-24 09:01:25    文字:【】【】【

  过滤阴极真空电弧制备非晶金刚石红外保护膜①韩杰才,朱嘉(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨150080)椭偏仪测试薄膜的力学性能和光学性能,利用KLATencor台阶仪测试硅衬底在薄膜沉积前后的曲率半径,并根据Stoney方程计算薄膜应力,利用可见光拉曼光谱和电子能量损耗谱研究了薄膜的微结构表明非晶金刚石薄膜的消光系数在整非晶金刚石薄膜压应力随衬底负偏压的变化关系-80V衬底偏压时低得多,但是其临界刮擦载荷却高。这说明给沉积离子施加适当的高能级入射能量,有利于在衬底与薄膜交界处形成具有薄膜成分的梯度注入层,从而明显提高薄膜与衬底之间的结合性能。

  疗器件以及微机电器件的保护膜|M|.非晶金刚石薄膜可以采用离子束辅助沉积、质量筛选离子束沉积、脉冲激光熔敷以及过滤阴极真空电弧沉积等工艺进行制备|38,其中过滤阴极真空电弧技术是制备高质量光学用途非晶金刚石薄膜合适的方法。本文作者以非晶金刚石薄膜的红外光学应用为目标,采用过滤阴极真空电弧技术进行沉积,并研究了非晶金刚石薄膜的微结构及其光学和力学性能。

  1,当衬底负偏压为80V时,大压应力为6.34GPa随着偏压增大或减小,应力都将下降,但是,在高偏压下,应力保持在更低的水平。与McKenzie等|4,Shi等|W|,Fa士lon等1111制备的非晶金刚石薄膜相比,本,薄膜的硬度和弹性模量在富sp3能量窗口(衬底负偏压为80V)高,在零偏压下低。因此,通过调整离子入射能量实现的硬度和弹性模量的可调范围分别约近20和200GPa.另外,当入射离子能量超过富sp3能量窗口后,硬度和弹性模量下降趋于平缓。在入射离子能量越低时,硬度和弹性模量越高,临界划擦载荷就越高,但是,在高衬底偏压下,尽管薄膜的硬度和弹性模量比韩杰才,等:过滤阴极真空电弧制备非晶金刚石红外保护膜体或薄膜的折射率(CVD沉积I型金刚石的折射率为2.42121)也略高于其它非晶金刚石薄膜的折射率113141.非晶金刚石薄膜的原子结构不是sp2和sp3两种杂化的简单混合,当光在这样一种非晶网络中传播并与不同配位的碳原子相互作用时,必然产生与金刚石呈四面体形状的面心立方结构所不同的极化现象,其中镶嵌在键母体里断续的n键链或环产生了极为重要的作用,也正因为sp2数量和分布的区别导致了不同,当衬底负偏从可以很清楚地看出,薄膜折射率和光学带隙都是随着衬底偏压的增加呈现先升高后下降的变化趋势,并且当负偏压80V时达高值;但是消光系数却表现出完全相反的变化规律,当负偏压为80V时达为小值。这正与Lossy等16的实验结果相反,他们认为薄膜中sp3杂化比例越高就越接压为80V时,斜坡系数小,随着偏压增加或减少,斜坡系数都将增大。为了更准确地表征不同杂化的含量,实验中利用电子能量损耗谱进行了测试。清楚地显示了富sp3非晶金刚石薄膜的佳沉积工艺为-80V衬底偏压。根据非晶金刚石薄膜的浅注入生长机制,为突破表面的束缚,沉积离子需要适当的能量,随着沉积离子的不断注入,将中国有色金属学报在表面几个原子层以下产生极大的局部压应力,创造了sp3杂化形成的条件,但是过高的入射能量将转化为热并造成局部应力的松弛。sp3杂化含量越高,薄膜就越透明,sp3杂化高时,同时薄膜的光学带隙高,折射率大,消光系数也小。折射率大是因为此时薄膜具有更高的原子密度。

  膜在红外宽波段范围透明,具有接近金刚石的高硬度和高模量,并且其微结构以及光学和力学性能可调,因此是一种优异的红外光学窗口增透保护薄膜材料。

  非晶金刚石薄膜Raman光谱的斜坡系数与衬底负偏压的关系朱嘉琦,王景贺,孟松鹤,等。不同能级加速过滤电弧沉积四面体非晶碳膜的结构和性能研究。物理学报,2004,531150-1156.结论由过滤阴极真空电弧技术沉积的非晶金刚石薄韩杰才,等:过滤阴极真空电弧制备非晶金刚石红外保护膜(编辑龙怀中)

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