PLD沉积DLC薄膜过程中碳等离子体的发射光谱特性

采用脉冲激光沉积方法,通过改变脉冲激光能量在单晶硅衬底上制备了类金刚石薄膜,利用椭圆偏振光谱和拉曼光谱对得到的薄膜进行测试,并对沉积过程中的碳等离子体发射光谱进行了研究。薄膜测试结果表明,随着脉冲激光能量的增大,薄膜sp^3成分增多。沉积过程中的碳等离子体发射光谱原位监测表明,随着脉冲激光能量的增大,C、C^＋、C^2＋粒子发射光谱强度增强,根据应力模型薄膜sp^3成分增多,与薄膜测试结果一致。并且发现C^＋粒子在形成sp^3键过程中起到了非常重要的作用。     

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.     

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.     

AIB用于改进PLD沉积在机械瓣膜上的类金刚石膜的质量

用脉冲激光沉积(PLD)法在热解C制作的人工心脏机械瓣膜上沉积类金刚石(DLC)薄膜,并用3KeV的氩离子轰击(AIB)DLC薄膜。采用拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(XPS)分别对AIB前后的DLC薄膜进行检测分析,用光学显微镜观察AIB前后的DLC薄膜表面。实验结果表明:AIB不影响薄膜的黏附性。但是可以在一定程度上导致薄膜微观结构的变化和sp3/sp2比值的提高,可以在薄膜中掺杂微量的Ar元素,可以有效消除薄膜表面吸附的O,但对薄膜中C-O、C=O和COOH的影响较小。因此,离子轰击法可以作为一种改进类金刚石薄膜质量的方法。     

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0.492 nm;薄膜中含有sp2,sp3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507.3 kgf/cm2.     

脉冲激光沉积类金刚石薄膜的厚度均匀性建模

在脉冲激光沉积类金刚石薄膜过程中，针对薄膜均匀性差的问题，提出偏轴沉积、脉冲激光扫描沉积、双光束沉积和多光束沉积等模式来改善薄膜的均匀性。初步建立了脉冲激光沉积类金刚石薄膜厚度均匀性模型，并分别进行了薄膜厚度分布的模拟，在模拟过程中，强调了在不影响薄膜性能的基础上改善薄膜均匀性，并讨论了沉积模式对薄膜颗粒物问题的影响。结果表明，采用多光束沉积薄膜，厚度均匀性得到极大改善，而且颗粒物问题也得到了改善。最后提出模型改良意见。     

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.     

脉冲激光沉积CN_x薄膜的微观组织结构表征

利用脉冲激光烧蚀CNx靶,在室温至450℃基片温度时沉积CNx薄膜.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等对CNx薄膜的表面形貌、化学成分、结晶性以及价键状态进行了分析.结果表明:所得CNx薄膜呈非晶状态,表面形貌与沉积温度密切相关,基片温度高于150℃时薄膜表面较为光滑.随着基片温度的增加,薄膜中C—N键的面积分数从31.2%逐渐减少至14.1%,N—sp3C和N—sp2C键的面积分数随之减少,300℃时最利于形成sp3键.Raman光谱中比值ID/IG总体呈上升趋势,G峰的位置向高波数(高频)方向移动且半高宽(FWHM)下降,薄膜由CNx薄膜的无序结构逐渐向高有序化程度类石墨结构转变,石墨化程度增加.     

脉冲电弧放电电离有机溶液制备碳膜的研究

利用脉冲电弧放电电离甲醇、乙醇、丙酮等有机溶液在常温、常压下制备了含金刚石成分的碳膜.用扫描电子显微镜(SEM),激光Raman光谱和傅里叶红外光谱(FTIR)研究了薄膜的形貌和质量.结果表明:在相同的放电条件下甲醇比乙醇、丙酮等有机溶液等更有利于金刚石的合成;而提高放电电压和降低甲醇浓度有助于提高薄膜中金刚石成分的含量.     

金属-类金刚石薄膜研究进展

类金刚石膜中的金属粒子可缓解类金刚石薄膜中由于制备态产生大内应力而导致的膜厚受限这一矛盾,能显著改变薄膜各种性能.述评了金属-类金刚石薄膜的制备工艺、不同金属粒子对DLC薄膜形态、键结构、力学及摩擦磨损性能、物理化学性能等的影响,指出在金属粒子对DLC膜的力学及摩擦学性能的影响方面还有很多待确定的因素.