射频等离子体制备类金刚石薄膜及其表征

采用射频等离子体技术,以CH4和H2为反应气体,在单晶硅片和载玻玻璃片上成功制备出了高质量的类金刚石薄膜．采用扫描电镜、原子力显微镜、Raman光谱、红外光谱、显微硬度计表征了类金刚石薄膜的表面形貌、微观结构、光学性能和复合硬度．结果表明,制备出的类金刚石薄膜表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0．492nm;薄膜中含有sp^2,sp^3杂化键,具有典型的类金刚石结构特征;光学透过率比较高,薄膜的复合硬度可以高达507．3kgf／cm^2．     

不锈钢(3Cr13)镀类金刚石薄膜的研究

利用脉冲真空电弧离子镀技术在3Cr13不锈钢基底上制备类金刚石(DLC)薄膜,采用X射线光电子能谱技术分析DLC薄膜中sp3键及sp2键含量和组分.采用显微硬度计测试了薄膜的显微硬度,利用扫描电镜测试了膜的表面形貌.划痕仪测试了薄膜与不锈钢基底的结合强度.结果表明:所镀制的类金刚石薄膜品质优良,类金刚石中sp3键含量较高,sp3/sp2=1.63,具有良好的表面形貌,在不锈钢上沉积DLC膜后明显提高了不锈钢的硬度,Ti过渡层的引入明显的改善了膜与不锈钢之间的结合强度.     

H2对类金刚石薄膜性能影响的研究

类金刚石膜因其高的硬度、高的介电性、低的摩擦系数、优异的光学和化学性能以及巨大的潜在应用前景而成为研究热点。采用离子增加化学气相沉积方法在Si基底表面制备含氢类金刚石薄膜,通过XPS能谱测试,确定膜层的成份组成,膜层中除了含有碳以外还含少量的吸附的氧。调节反应源气体中H：的比例,结果表明H2的含量直接影响DLC薄膜的性能。随着H。的含量增大,膜层的表面粗糙度降低,膜层的硬度变大,而应力相应增大。这是由于反应源气体中H2含量的增加,DLC薄膜中氢的含量反而降低,膜层内sp2团簇结构的无序性增加,sp2键的比例增加,这将使得膜层内的碳的空间网络结构所占的比例增加。     

类金刚石薄膜制备及其结构和抗凝血研究

采用240 nm KrF脉冲激光沉积方法,在Si(100)衬底上制备类金刚石薄膜,利用椭圆偏振光谱和拉曼光谱研究薄膜键结构及光学性质,用血小板黏附实验研究薄膜的抗凝血性能及脉冲重复频率影响.结果表明,脉冲激光沉积制备的类金刚石薄膜sp3 C含量高,且抗凝血性能佳,脉冲重复频率增大使入射碳离子能量增加,薄膜的sp3键成分先升后降,在脉冲重复频率为50 Hz时达到最大值;类金刚石薄膜的sp3键成分影响其抗凝血性能,sp3键成分越高,其抗凝血性能越好.     

强激光辐照对无氢DLC膜光学特性的影响

为了探索类金刚石薄膜激光损伤的原因,研究了在激光作用下类金刚石薄膜的光学性能和结构的变化.采用非平衡磁控溅射(Unbalance Magnetron Sputtering,UBMS)在Si基底上制备了无氢类金刚石薄膜(Diamond-Like Carbon,DLC).利用激光损伤测试系统对无氢DLC薄膜进行激光辐照,激光波长为1064 nm,脉宽为10 ns.对辐照前后进行了透过率、激光损伤阈值(Laser-Induced Damage Threshold,LIDT)及拉曼光谱测试.研究结果表明:当激光辐照能量密度从0升高至0.93 J/cm2时,透过率峰值从67.06％降至58.27％;当激光能量密度一定,脉冲次数从0增加至3时,透过率峰值从67.06％降至57.65％,LIDT从0.94降至0.50 J/cm2,通过对Raman光谱进行分析认为辐照过程中sp3向sp2的转变是导致透过率和LIDT降低的重要原因.     

UBMS和PVAD法制备DLC薄膜表面微观形貌分析

光学薄膜的表面粗糙度是影响薄膜光学特性的重要因素,薄膜表面产生的散射损耗将影响薄膜的光学质量.采用非平衡磁控溅射(Unbalance Magnetron Sputtering,UBMS)和脉冲真空电弧沉积(Pulsed Vacuum Arc Deposition,PVAD)制备类金刚石薄膜(DiamondLike Carbon,DLC),利用泰勒霍普森表面轮廓仪,研究了不同工艺参数、不同薄膜厚度下所沉积的DLC薄膜表面粗糙度变化规律.结果表明:两种沉积技术下,随着薄膜厚度的增加,其表面均方根粗糙度先减小后增大.真空度和脉冲频率对表面粗糙度有显著影响.真空度在0.4~0.8 Pa范围变化时,表面均方根粗糙度变化范围为0.888 6~1.610 4 nm,脉冲频率在1~5Hz范围变化时,表面均方根粗糙度变化范围为1.040 7~1.545 8 nm.     

星形微波等离子体化学气相沉积装置上类金刚石薄膜的制备

以甲烷、氢气和氧气为反应气体,分别在镜面抛光的单晶硅片和石英玻璃基片上制备了类金刚石薄膜,并用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱和傅立叶红外透射光谱仪等测试方法对薄膜的表面形貌、质量和光学性能进行了表征;通过对类金刚石（DLC）薄膜制备过程中碳源浓度、基片温度等参数的研究,掌握了工艺参数对薄膜性能的影响规律,并在此基础上成功地对薄膜的沉积工艺进行了优化.结果表明,当反应气体中的流量配比为甲烷∶氢气∶氧气=10∶100∶1,腔体压力和基片温度分别为0.5 kPa和400℃,制备出的DLC薄膜表面光滑平整,薄膜中的纳米金刚石特征峰明显,在石英玻璃上沉积的DLC薄膜在3 000～4 000 cm-1波数区间透光率超过80％,达到了光学应用要求.     

Ar/CH_4流量比对a-C∶H薄膜沉积速率及性能的影响

为研究气体流量比对非平衡磁控溅射沉积含氢类金刚石薄膜（Diamond-Like Carbon,DLC）沉积速率及性能的影响,在不同Ar/CH4流量比条件下将a-C∶H沉积在单晶硅基底,采用傅里叶红外光谱、椭偏仪、表面轮廓仪对薄膜的沉积速率、光学特性及表面粗糙度进行研究.实验结果表明：引入甲烷气体后,非平衡磁控溅射沉积a-C∶H薄膜沉积速率大幅度提高;在3～5μm波段硅基底上镀制a-C∶H膜具有良好的红外增透特性,薄膜峰值透射率明显受到Ar/CH4流量比的影响,Ar/CH4流量比1∶3时,制备的a-C∶H峰值透过率可达69.24%;a-C∶H薄膜的折射率和消光系数随着CH4流量的增加而增大;a-C薄膜的粗糙度要优于a-C∶H薄膜,a-C∶H薄膜的粗糙度随厚度的增加而变大.     

非晶态ZnO薄膜的微结构及光学性质

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了非晶态ZnO薄膜。用X射线衍射仪(XRD)、扫描探针显微镜(SPM)研究了非晶态ZnO薄膜的晶相和微观形貌,用紫外-可见光光度计和荧光光度计研究了非晶态ZnO薄膜的光学特性。测试结果表明,XRD谱没有任何衍射峰,表明所制备的ZnO薄膜确实是非晶态;非晶态ZnO薄膜的表面平整、光滑,表面粗糙度均值为1.5 nm;在可见光区有很高的透过率,最高值为90%;光学带隙为3.39 eV;其PL谱显示在紫外区384 nm处有较强的紫外发射。     

PLD方法制备α—DLC薄膜硬度与应力研究

用脉冲激光沉积(PLD)方法,在单晶Si(100)面上制备超硬非晶类金刚石薄膜(α-DLC),研究了α-DLC的表面形貌、结构、应力、硬度及杨氏模量.原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)图像显示,薄膜表面平整、致密且光滑(最大均方根粗糙度仅为0.877nm).小角衍射(XRD)分析表明薄膜中的结构为非晶态并且有巨大的残余应力,计算表明,最大残余应力可达34.9GPa,并且与激光重复频率和能量密度成正比,一定温度的原位退火可以有效降低薄膜的残余应力;纳米压痕测试表明薄膜硬度>20GPa,弹性模量>200GPa.