射频等离子体放电制备DLC/Mo-DLC膜的性质研究

摘要

类金刚石薄膜(diamond-like carbon,简称DLC)具有诸如:高硬度、低摩擦系数、极高的电阻率等许多优良的特性而引起了人们广泛的兴趣。但在某些方面DLC膜还存在着缺陷如:内应力大、热稳定性差、与许多衬底的附着性差。为了改善DLC膜的性能,掺金属的类金刚石薄膜从而成为人们研究的重点。
　　 本论文采用了双射频激发容性耦合等离子体增强化学气相沉积技术,高频运用40.68 MHz；低频运用13.56 MHz,以Ar和CH4为源气体在硅和BK7玻璃衬底上制备了DLC膜,研究了等离子体放电参数(高低频功率、气压、流量比)对薄膜结构和性能的影响。同时,也运用了射频磁控溅射方法,以镶嵌有钼的高纯石墨为靶材、Ar为溅射气体在Si和NaCI衬底上制备了掺铝的DLC膜,研究了衬底温度对薄膜结构的影响。采用了台阶仪、紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-NIR)、共聚焦激光拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)等对DLC膜的结构和性能进行了研究。结果显示,薄膜的沉积速率随着高低频功率的增加而上升,薄膜的光学带隙呈现相反的变化趋势。拉曼测试结果表明,在低频自偏压为-150 V时,薄膜中具有最大的sp3含量,ID/IG最小；高频功率的上升导致薄膜的ID/IG持续的增大。AFM图片显示,大的低频偏压有利于获得表面平整、光滑的薄膜。XPS结果表明,用射频磁控溅射方法制备的掺钼的DLC膜中含有C、Mo和O三种元素,高温有助于C-Mo键的形成。TEM照片也清楚的表明了温度的增加有助于C和Mo的化合。