【摘 要】
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微波-ECR等离子体增强化学气相沉积和等离子体增强非平衡磁控溅射两种工艺同步进行,可制备半导体、合金材料,而且能制备性能优异的掺杂类金刚石薄膜,从而越来越受到重视.本文
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微波-ECR等离子体增强化学气相沉积和等离子体增强非平衡磁控溅射两种工艺同步进行,可制备半导体、合金材料,而且能制备性能优异的掺杂类金刚石薄膜,从而越来越受到重视.本文首先介绍等离子增强溅射沉积的特点及应用.简要阐述了类金刚石膜的发展、性能、应用、制备方法及存在的问题.介绍了Langmiur单探针的工作原理、特点及其应用,并用其诊断出最佳气体流量配比为CH<,4>=40sccm、Ar=10sccm.利用拉曼光谱和红外吸收光谱分析了硅掺杂薄膜的结构,表明制备的是非晶膜,并用其研究了薄膜的化学结构变化.利用X射线光电子能谱研究了薄膜的组分,利用原子力显微和电子扫描显微镜观察了薄膜的表面形貌,同时测试了薄膜的摩擦学性能.硅掺杂DLC膜的通常制备方法为等离子体增强化学气相沉积(PECVD),并以含硅的有机化合物如硅烷等作为掺杂源,这样随着DLC膜中硅含量的增加,膜中氢含量也随之增加,sp<3>碳的相对含量减少,从而降低了薄膜的力学性能及化学稳定性.本文利用双放电腔微波-ECR等离子体增强化学气相沉积和等离子体增强非平衡磁控溅射两种工艺同步进行的方法,以高纯硅靶作为掺杂硅源,通过调整硅靶的溅射偏压,改变硅的掺杂量,在Si(100)基体上制备出了硅掺杂类金刚石碳膜.结果表明,随着硅靶的溅射偏压增大,Si-DLC膜G峰峰位的高波数偏移和背底斜率的减小表明Si-DLC膜中氢的含量减少,薄膜的内应力减小.Si-DLC薄膜在磨损实验中,磨痕未出现微裂纹,也说明硅掺杂使DLC薄膜内应力减小.此外,随着硅靶的溅射偏压增大,I<,D>/I<,G>逐渐增大,G峰峰位向高波数移动,拉曼光谱变得更加对称且变窄,表明sp<3>碳含量增大,同时硬度也从14.7GP<,a>增加到17.0GP<,a>.薄膜的表面均方根粗糙度从0.16nm降到0.12nm;薄膜的摩擦系数降低,最小能达到0.1,薄膜的抗摩擦磨损性能得到提高.
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