DLC 薄膜製備技術的研究開始於七十年代(dài)。1971年成功(gōng)地利用碳離子束沉積出DLC薄膜以來,離子(zǐ)束(shù)沉積法是開始(shǐ)用於製(zhì)備 DLC膜。其後研究者發現了一係列生成DLC薄膜的(de)辦法。
大多數(shù)能夠在氣相中沉積的薄膜材料也能(néng)在液相中通過電化學方法合成,反之亦然。給DLC薄膜的製備帶來了新的思路(lù),現在除了常見的化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積(PVD), 也可以通(tōng)過液相的電化學沉積來製備DLC膜。
1.離子(zǐ)束沉積,是指離(lí)子源生成的(de)碳離子經(jīng)質量分析磁場後單一價態的碳離子沉積在襯底上形成類金剛石(shí)薄膜,可獲得大離子電流、排氣能力(lì)強,可(kě)排除含氫的所有氣體;
2.濺射沉積,是指利用射頻振蕩或磁場激發的氫離子轟(hōng)擊固體石墨靶,形成濺射碳(tàn)原子(或離子),從而在基材表麵沉積類金剛石(shí)薄膜,這(zhè)種方法的特點是沉積離子的能量範圍寬。主要包括直流濺射、射頻濺射和磁控濺射三種具體形式;
3.陰極弧沉積,是通(tōng)過(guò)點(diǎn)弧(hú)裝置引燃電弧,在電源的維持和磁場的推動下,電弧在靶麵所經(jīng)之處碳被蒸發並離化,同時在真空弧和基體之間增加磁過(guò)濾信(xìn)道,通過調整磁場強度和偏壓等參數,使得等離子體中的大顆粒(lì)中性成分及部分離子在(zài)信道中濾掉(diào),從而獲得由單一成分碳離子組成的(de)沉積離子。操作方便、沉積速率較快,但易造成薄膜的汙染;
4.脈(mò)衝激光沉積,是指脈衝激光束通過聚焦透鏡和石英窗口引入空積腔後,投射在旋轉的石墨靶上,在高能量(liàng)密度的激光作用下形成激光等離子體放電(diàn),並且產生的(de)碳(tàn)離(lí)子有1keV量級(jí)的能量,在基體上形成sp3鍵的四配位結(jié)構,最終形成類金剛石薄膜。沉積速率高,可以獲得高sp3含量的無氫類金剛(gāng)石薄膜,但耗能高、沉積麵積小;
5.直接光化(huà)學(xué)氣相(xiàng)沉積,是利用光子促進氣體的分解來沉積類金剛石薄膜。成膜時無高能粒(lì)子輻射等問題,基片溫度可降的很低,因而(ér)在低溫成膜方麵比較有優勢;
6.等離子(zǐ)體增強化學氣(qì)相沉積,是指通過低氣壓等離子體放電使氣體碳源分解生成各種含碳的中性或離子基團(如CH3、CH2、CH+、C2等)和原子(或離子)氫(H、H+),並在(zài)基片負偏壓的作用下使含碳(tàn)基團轟擊、吸附在基片表麵,同時原子氫對結構中sp2碳成分產生刻蝕作用,從而形成(chéng)由sp2和sp3碳混雜結構的氫化類金剛石薄膜。該方法提高了原料氣體(tǐ)的分解率,降低了沉積溫度,而且(qiě)可以通過改變沉積參數(shù)來獲得所需質量的(de)薄膜;
7.電(diàn)化學沉積,傳(chuán)統的電化學沉積大多是在離子性的水溶液或有導電介質(zhì)的(de)有機溶液中進行,溶(róng)液的導電能力很好(hǎo),因而合成過程中隻需施(shī)加很小的(de)電壓就能完成反應。但電(diàn)化學沉積法製(zhì)備DLC薄膜采(cǎi)用(yòng)含碳的純(chún)淨有機溶液作為電解質,這些有機溶劑在一般條件下不會離解成離子(zǐ),極化程度(dù)也很弱(ruò)。
因此通常在(zài)兩個電極之間施加很高的電壓,即利用強電場使溶液中的C-H、C-O和O-H等鍵發生斷裂(liè)生成(chéng)碳碎片,從而使含碳的成分以極性基團或離子(zǐ)的形式到達(dá)基片,並且在基片所處的高電(diàn)位下(xià)得以活化,進而生成含(hán)一定sp3成分的類金剛石薄膜(mó)。
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