论文部分内容阅读
类金刚石(DLC)薄膜具备很多与金刚石薄膜性能相似的优点,如红外波段透过率大、电阻率大、硬度大、摩擦系数小、热导率大等,是一种优良的红外增透保护材料,可用在航天器等其他精密光学仪器的红外窗口上。但是,DLC薄膜在制备过程中存在很多缺陷,当薄膜厚度增大时,应力也会相应增大,易使薄膜产生破裂甚至脱落,从而导致DLC薄膜在使用过程中过早失效。这就使得具有良好红外特性的DLC薄膜,因应力过大限制了它的应用领域。针对以上问题,使用射频磁控溅射设备沉积DLC薄膜,研究射频功率、气体流量、溅射角等参数对DLC薄膜应力的影响;分析不同形状与尺寸的基底对DLC薄膜应力的影响,通过改变相关工艺参数,对DLC薄膜的应力进行调控,获得DLC薄膜应力较小时的最佳制备工艺参数;并探究应力对激光损伤特性的影响。主要研究内容如下:(1)研究工艺参数对DLC薄膜应力的影响。使用射频磁控溅射的方法沉积DLC薄膜,制备了不同射频功率(250W、350W、450W)、不同氩气流量(40sccm、60sccm、80sccm)、不同溅射角(30°、60°、90°)下的DLC薄膜,观察了工艺参数对DLC薄膜应力的影响。经过测试结果表明:在相同的基底形状与尺寸下,当射频功率为350W,氩气流量为60sccm,溅射角为90°时薄膜的应力表现出最小值。(2)探索了不同基底形状与尺寸下DLC薄膜的应力。在相同的工艺参数下,当基底形状与尺寸为 1Omm×10mm,20mm×20mm,30mm×30mm,45mm×1Omm,40mm× 10mm,30mm×1Omm时,进行了不同厚度DLC薄膜的制备与测试,发现对于正方形的基底来说,DLC薄膜应力随着边长的增大在减小,即就是当基底为30mm×30mm时薄膜应力最小;对于长方形的基底Si片来说,DLC薄膜的应力随着长宽比增大,也在增大,即就是基底为45mm×1Omm时应力最大。(3)分析应力产生原因及调控机理。当DLC薄膜在制备的过程中,如果离子轰击靶材溅射出的原子在迁移过程中没有成功填充空位,在基底上就会产生空隙,降低薄膜表面的致密度,使得薄膜结构疏松,此时薄膜应力较大,反之薄膜表面较致密、内部杂质缺陷较少,薄膜应力较小。(4)探索了不同应力状态下DLC薄膜的激光损伤状态。对不同工艺参数下制备的不同应力大小的DLC薄膜进行了激光损伤测试,结果发现当薄膜的应力较小时,薄膜的抗激光损伤特性也较好。离子束后处理技术也可以提高薄膜的抗激光损伤性能。因此,通过不同工艺参数和基底形状与尺寸下的DLC薄膜制备与应力测试,对应力产生原因以及应力调控机理进行了分析,还对不同应力状态下的DLC薄膜进行了激光损伤测试,最终获得了应力较低的DLC薄膜,所得结果不仅对高性能、低应力DLC薄膜的制备提供理论和实验参考,也为提高红外窗口的DLC薄膜激光损伤特性提供了实验依据。