Структура и свойства алмазоподобных пленок, полученных по технологии неравномерного импульсного неравновесного магнетронного распыления средней частоты

Структура и свойства алмазоподобных пленок, полученных по технологии импульсного неравновесного магнетронного распыления средней частоты

Алмазоподобные (DLC) пленки готовили путем импульсного неравновесного магнетронного распыления на предметных стеклах и изучали влияние давления осаждения на толщину пленки, микроструктуру, механические свойства и оптические свойства. Результаты испытаний на толщину показывают, что толщина пленки DLC увеличивается с увеличением давления осаждения. Результаты испытаний методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии показывают, что когда давление осаждения увеличивается от 0,18 Па до 1,50 Па, содержание sp3-гибридного углерода в пленке DLC уменьшается с увеличением давления осаждения. Результаты испытаний наноиндентирования и эллипсометрии показывают, что нанотвердость и показатель преломления пленки DLC уменьшаются с увеличением давления осаждения. Влияние давления осаждения на рост и структуру связывания тонких пленок было проанализировано с помощью модели неглубокой инжекции. Приведенные выше результаты показывают, что давление осаждения оказывает большое влияние на толщину пленки DLC, содержание гибридного углерода sp3, механические и оптические свойства.

(алмазоподобный углеродный DLC) тонкая пленка является ключевой (sp3), содержащей алмазную структуру метастабильных аморфных, аморфных углеродных материалов, комплексные характеристики мембраны аналогичны алмазной пленке, такие как высокая твердость, низкий коэффициент трения, высокая теплопроводность и низкая диэлектрическая проницаемость, большой широкополосный зазор, пропускание инфракрасного излучения, хорошая химическая стабильность и биосовместимость и т. д., а также по сравнению с низкой температурой осаждения алмазной пленки, высокая стоимость производительности, шероховатость поверхности мембраны мала, преимущества простоты подготовки, поэтому она имеет хорошие перспективы применения в области машиностроения, электроники, оптики, медицины и коррозионностойких материалов.

С тех пор, как Айзенберг и Шабо впервые в 1971 году методом ионного пучка при комнатной температуре (ионное пучковое осаждение IBD) после подготовки пленки DLC, разработали различные методы подготовки пленки DLC, такие как магнетронное распыление, ионное лучевое осаждение, катодное вакуумно-дуговое осаждение, импульсное лазерное осаждение, метод химического осаждения из паровой фазы с помощью радиочастотного тлеющего разряда, метод химического осаждения из паровой фазы электронным циклотронным резонансом, метод химического осаждения из паровой фазы, такой как метод физического осаждения из паровой фазы (PVD) и метод химического осаждения из паровой фазы (CVD)

Магнетронное распыление является одним из наиболее часто используемых методов получения пленок DLC с такими замечательными характеристиками, как равномерный слой пленки, хорошая плотность, хорошая повторяемость процесса, высокая скорость осаждения и низкая температура подложки. Технология импульсного неравновесного магнетронного распыления, разработанная в последние годы и сочетающая в себе преимущества импульсного распыления и неравновесного магнетронного распыления, стала признанным предпочтительным процессом для получения различных функциональных тонких пленок, включая изолирующие материалы, и широко использовался в лаборатории и промышленности. В дополнение к преимуществам обычного нанесения магнетронным распылением этот метод может эффективно устранить явление дугового разряда и отравления мишеней, эффективно улучшить структуру, качество и свойства пленки и улучшить адгезию между пленкой и подложкой.

Сочетание пленки DLC в форме ковалентной связи между атомами углерода, химические связи в основном представляют собой гибридный ключ sp2 и sp3, два уровня прямого влияния на производительность пленки DLC: содержание ключа гибридизации sp3 выше, Более близка к природе алмазная пленка, характеризующаяся плотностью мембранного слоя, высокой твердостью, хорошей стойкостью к химической коррозии, шириной запрещенной зоны и высоким удельным сопротивлением. При разных методах и параметрах осаждения содержание sp3-гибридной связи в приготовленной пленке DLC отличается, и характеристики пленки будут сильно отличаться. В этой статье алмазоподобные пленки были получены методом импульсного магнетронного распыления. Изучено влияние давления осаждения на толщину пленки, структуру химической связи, механические свойства и оптические свойства.

1. Эксперимент

Алмазоподобные (DLC) пленки осаждали на предметных стеклах с использованием среднечастотного импульсного неравновесного магнетронного распыления с графитом (чистота 99,99%) в качестве материала мишени и аргоном (чистота 99,99%) в качестве газа распыления. Перед подложкой помещают в вакуумную камеру, сначала очищают ее ацетоном, безводным спиртом и деионизированной водой соответственно ультразвуком в течение 15 минут, а затем сушат инфракрасной лампой и помещают в вакуумную камеру. Для вакуумной экстракции использовали молекулярный насос. После того как степень вакуума достигла 5,0 10-4 Па, инжектировали аргон для изменения степени вакуума до 2,0 Па и использовали импульсный источник питания смещения, чтобы добавить отрицательное смещение 700 В на подложку для очистки при распылении в течение 15 минут (коэффициент заполнения 80% ) для дальнейшего удаления примесей и молекул масла, адсорбированных на поверхности подложки, что значительно улучшает состояние интерфейса. В процессе осаждения пленки расстояние между мишенью и базой составляло 90 мм, а мощность источника распыления составляла 290 Вт. частота была 40 кГц, и рабочий цикл был 80%, импульсный источник питания смещения был установлен на 100 В, частота была 40 кГц, рабочий цикл был 80%, температура подложки была комнатной температурой, а давление осаждения составляло 0,18 Па. 0,36 а, 0,72 Па и 1,50 Па соответственно.

Для измерения толщины подготовленной пленки DLC использовался прибор Veeco Dektak 150. Система анализа поверхности kratos-xsam800 используется для анализа рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) образцов с использованием источника рентгеновского излучения Al Ka 13 (1486,6 эВ) 13 кВ и степени вакуума в комнате анализа выше, чем 1 10-6 Па. Испытание на нано-твердость было выполнено на приборе наноиндентирования MTS (тип xp). Во время наноиндентирования 3 точки каждого образца были взяты для тестирования, а затем среднее значение нанотвердости 3 точек было взято в качестве средней нанотвердости каждого образца. Оптические константы тонкой пленки измеряли на ди-спектроскопическом эллипсометре m-2000, производимом JAW ollam в США, с диапазоном длин волн 600-1700 нм.

2. Вывод

Алмазоподобные пленки получали с использованием аргона в качестве вспомогательного газа и с помощью технологии неравновесного импульсного неравновесного магнетронного распыления промежуточной частоты. Изучено влияние давления осаждения на микроструктуру и механические свойства пленок DLC:

(1) Толщина пленки DLC увеличивается с увеличением давления осаждения.

(2) Результаты испытаний XPS показывают, что когда давление осаждения увеличивается от 0,18 до 1,50 Па, содержание sp3-гибридной связи в пленке DLC уменьшается с увеличением давления осаждения. Влияние осадочного давления на содержание sp3-гибридной связи в пленке DLC можно объяснить «моделью неглубокой закачки».

(3) Результаты испытаний на наноиндентирование показывают, что когда давление осаждения увеличивается от 0,18 Па до 1,50 Па, нанотвердость и упругое восстановление пленки DLC будут уменьшаться с увеличением давления осаждения.

(4) результаты теста на эллипсометрию показывают, что при одной и той же длине волны показатель преломления пленки DLC уменьшается с увеличением давления осаждения, что связано с плотностью пленки и содержанием гибридной связи sp3.

IKS PVD, технология высокочастотного магнетронного распыления, свяжитесь с нами сейчас, iks.pvd @ foxmai.com