DLC 薄膜製備技術的研究開始於七十年代。1971年成功地利用碳離子束沉積出DLC薄膜以來,離子束沉(chén)積法(fǎ)是開(kāi)始用於製備 DLC膜。其後研究者發現了一係列生成DLC薄膜的辦法。
大多(duō)數能夠在氣相中沉積的(de)薄膜材料也(yě)能在液(yè)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(de)思路,現在除了常見的化學氣相沉積和物理氣相沉積(PVD), 也可(kě)以通(tōng)過液相的電化學沉積來(lái)製備DLC膜。
1.離子束沉積,是(shì)指(zhǐ)離子源生成的碳離子經質量分析磁場後單一價(jià)態的碳離子沉積在襯底上形成類(lèi)金(jīn)剛石薄膜,可(kě)獲得大離子電(diàn)流、排氣能力強,可排除含氫的所有(yǒu)氣體;
2.濺射沉積,是指利用射頻(pín)振蕩或磁場激(jī)發的氫離子轟擊固體石(shí)墨靶,形成濺射碳原子(或離子),從而在基材表麵沉積類金剛石(shí)薄膜,這種方法的(de)特點是沉積離子的能量(liàng)範圍寬(kuān)。主要包括直流濺射(shè)、射頻濺射和磁控濺射三種(zhǒng)具體形式;
3.陰極弧沉積,是通過點弧裝置引燃電弧,在電源(yuán)的維持和磁場的推動下,電弧在靶麵(miàn)所經之處(chù)碳被(bèi)蒸發並離化,同時在真空弧和基體(tǐ)之間增加磁(cí)過濾信道,通過調整磁場強(qiáng)度和偏壓等參數,使得等離子(zǐ)體中的大顆粒中性成分及部分離子在信道中濾(lǜ)掉,從而獲得由單一成分碳離子組成(chéng)的沉(chén)積離子。操作方便、沉積速率較快,但易造成薄膜的汙染;
4.脈衝激(jī)光沉積,是指脈衝激光束通過聚焦(jiāo)透鏡(jìng)和石英窗(chuāng)口引入空積腔後,投射在旋轉的石墨靶上,在高能量密度的激光作用下形成激光等離子體(tǐ)放電,並(bìng)且產生的碳離子有1keV量級的能量,在基體上(shàng)形成sp3鍵的四配(pèi)位(wèi)結構,最(zuì)終形(xíng)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(lèi)金剛石薄膜,但耗能高、沉積(jī)麵積小;
5.直接光化學氣相沉積,是利用光子促進氣體的(de)分解來沉積類金剛石薄(báo)膜。成膜時無(wú)高能(néng)粒子輻射等問題,基片溫度可降的很低(dī),因而在(zài)低溫成膜方麵比較有優勢(shì);
6.等離子(zǐ)體增強化學氣相沉積(jī),是指通過低(dī)氣壓等(děng)離子體放電使氣體碳源分解生成各種含碳的中性(xìng)或(huò)離子基團(如CH3、CH2、CH+、C2等(děng))和原子(或離子)氫(H、H+),並在基(jī)片負偏壓的作用下使含碳基團轟擊、吸附在基片(piàn)表麵(miàn),同時原子氫對結構中sp2碳成分產生(shēng)刻蝕作用,從而(ér)形成由sp2和sp3碳混雜結構的氫化類金剛石薄(báo)膜。該方法提高了原料氣體的分解率,降低了沉(chén)積溫度,而且可以通過改變沉積參(cān)數來獲得所需質量的薄膜;
7.電化(huà)學沉(chén)積,傳統的電化學沉積大多是在離子性的水溶液或有導電介質的(de)有機溶液中進行,溶液的導電能力很好(hǎo),因而合成(chéng)過程中(zhōng)隻需(xū)施加很小的電壓(yā)就能完成反應。但電化學沉積法製備DLC薄膜采用含碳的純淨有機溶液作為電解質,這些有機溶劑在一般條件下不會(huì)離解成離子,極(jí)化程度也很弱(ruò)。
因此通常在兩個電極(jí)之間施加很高的電(diàn)壓,即利用強電場使溶液中的C-H、C-O和O-H等鍵發生斷裂生成碳碎片,從而使含碳的成分以極性基團或離子的形式到達基片,並(bìng)且在基片所處的高(gāo)電位下得以活(huó)化,進而生成含一定sp3成分的類金剛石薄膜。
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