DLC 薄膜(mó)製備技(jì)術的研究(jiū)開始(shǐ)於七十年代。1971年成功地利用碳(tàn)離子(zǐ)束沉積出DLC薄膜以來,離子束沉積(jī)法是開始用於製備 DLC膜。其後研究者發現了一係列生成DLC薄膜(mó)的辦法。
大多數能夠(gòu)在氣相中沉積的薄膜材料也能在液相中(zhōng)通過電化學方(fāng)法(fǎ)合成,反之亦然(rán)。給DLC薄膜的製備帶來了新的思路(lù),現(xiàn)在除了常(cháng)見的(de)化學氣相沉積和物理氣相沉積(PVD), 也可以通過液相的電(diàn)化學沉積來製備DLC膜。
1.離子束沉積(jī),是指離子源生(shēng)成(chéng)的碳離子經質量分析磁場後單一價態的(de)碳離子沉積在襯底(dǐ)上形(xíng)成類金(jīn)剛石薄膜,可獲得大離子電流、排(pái)氣能力強,可排除含氫的所有氣體;
2.濺射(shè)沉積,是指(zhǐ)利用射頻(pín)振蕩或磁場激發的氫離子轟擊(jī)固體石墨靶,形成濺(jiàn)射(shè)碳原子(或離子),從(cóng)而在(zài)基材表麵沉積類(lèi)金剛石薄膜,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,是通過點弧(hú)裝置引燃電弧,在電源的維(wéi)持和磁場的推動下,電弧在靶麵所經之處碳被蒸發並離化,同時在(zài)真空弧和基體之間增加磁過濾信道,通過調整磁場強度和偏壓等參數,使得等離子體中的(de)大顆粒中性成分及部分離子在信道中濾掉,從而獲得(dé)由單一成分碳離子組成的沉積離(lí)子。操作方便、沉(chén)積速率較快,但易造成薄膜的汙染;
4.脈衝激光沉積,是(shì)指脈衝激(jī)光(guāng)束通過聚焦(jiāo)透(tòu)鏡(jìng)和石英(yīng)窗口引入空積腔後,投射在旋轉的石墨靶上,在高(gāo)能量密度的激光作用下形(xíng)成激光等離子體(tǐ)放電,並且產生的碳離子有1keV量級的能量(liàng),在(zài)基體上(shàng)形成sp3鍵的四配位結構(gòu),最終(zhōng)形成類金剛石薄膜。沉積速率高,可(kě)以獲得高sp3含量的無氫類金剛石薄膜,但耗能高、沉積麵積小;
5.直接光化學氣相沉積,是利用光子(zǐ)促進氣體的分解來沉積類金剛石薄膜。成膜時無高能粒子輻射等問(wèn)題,基片溫度(dù)可降的很低,因而在低(dī)溫成膜(mó)方麵比較有優勢;
6.等離子體增強(qiáng)化學氣相沉積,是指通過低氣壓等離子體放電使氣體(tǐ)碳源分解生成各種含碳(tàn)的中性或離子基團(如CH3、CH2、CH+、C2等)和原(yuán)子(或離子)氫(H、H+),並在基片負偏壓的作用下使含碳基(jī)團轟擊、吸附在(zài)基片表麵,同時(shí)原子氫對結(jié)構中sp2碳成分產生刻蝕(shí)作用,從而(ér)形(xíng)成由sp2和sp3碳混雜結構的(de)氫化類金剛(gāng)石薄膜。該方法提(tí)高了原料氣體的分解率,降低了沉積溫度,而且可以通過改變(biàn)沉積參數來獲得所(suǒ)需質量的薄膜;
7.電化學沉積,傳(chuán)統的(de)電化學沉積(jī)大多(duō)是在離子(zǐ)性的水(shuǐ)溶液或有導電介質的有機溶液中進行,溶液的導電能力很(hěn)好,因而合成過程中隻需施加很小(xiǎo)的電壓就能完成反應。但電化學沉積(jī)法製備DLC薄膜采用含碳的純淨有機溶液作為電解質(zhì),這些有機溶劑在一般條件下不會離(lí)解成離子,極化(huà)程度也很弱。
因此通常在兩個電極之間施(shī)加很高的電壓,即利用強電場(chǎng)使溶液中的C-H、C-O和O-H等鍵發生斷裂生成碳碎(suì)片,從而使含碳的成分以極性基團或離子的(de)形式到達基片,並且在基(jī)片所處的高電位下得以(yǐ)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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