Struktur och egenskaper av diamantliknande filmer gjorda av mediumfrekvenspulserad jämviktsmagnetronsputteringsteknik

Struktur och egenskaper hos diamantliknande filmer gjorda av mediumfrekvenspulserad nonequilibrium magnetron sputtering-teknik

Diamantliknande (DLC) filmer framställdes genom att pulserad icke-jämviktsmagnetronpruttering på glasskivor, och effekterna av depressionstryck på filmtjocklek, mikrostruktur, mekaniska egenskaper och optiska egenskaper studerades. Tjocklekstestresultat visar att DLC-filmtjockleken ökar med ökningen av deponeringstrycket. Röntgenfotoelektronspektroskopi testresultat visar att när avlagringstrycket ökar från 0,18Pa till 1,50Pa minskar innehållet av Sp3-hybridkol i DLC-film med ökningen av deponeringstrycket. Resultaten av nano-indentation och ellipsometri-test visar att nanohårdheten och brytningsindexet för DLC-film minskar med ökningen av deponeringstrycket. Effekterna av deponeringstryck på tillväxt- och bindningsstrukturen hos tunna filmer analyserades genom grundinjektionsmodell. Ovanstående resultat visar att deponeringstrycket har stor inverkan på DLC-filmtjocklek, sp3-hybridkolhalt, mekaniska och optiska egenskaper.

(diamantliknande kol DLC) tunnfilm är nyckel (sp3) innehållande diamantstruktur av metastabila amorfa kolmaterial, membranets omfattande prestanda liknar diamantfilm, såsom hög hårdhet, låg friktionskoefficient, hög värmeledningsförmåga och låg dielektrisk konstant, hög bredbandsklyftan, infraröd transmittans, god kemisk stabilitet och biokompatibilitet och så vidare, och jämfört med diamantfilmavsättningstemperaturen låg, hög kostnadseffektivitet är membranytans grovhet liten, fördelarna med enkel förberedelse, därför är det har en bra applikationsutsik inom maskiner, elektronik, optik, medicin och korrosionsbeständigt material.

Eftersom Aisenberg och Chabot först efter 1971 genom Ion-strålförskjutningsmetod vid rumstemperatur (jonstråleavsättning IBD) efter framställning av DLC-film har utvecklat en mängd olika prepareringsmetoder för DLC-film, såsom magnetronförstärkning, jonstråleassisterad avsättning, katodisk vakuumbågsavsättning, pulserad lasersättning, radiofrekvens glödutsläpps kemisk ångavsättningsmetod, kemisk ångavsättningsmetod för elektroncyklotronresonans, plasmaassisterad kemisk ångavsättningsmetod, såsom fysisk ångavsättning (PVD) och kemisk ångavsättning (CVD) -metod.

Magnetronsputtering är en av de vanligaste metoderna för att framställa DLC-filmer, med anmärkningsvärda egenskaper, såsom likformigt filmskikt, god densitet, god processrepeterbarhet, hög avsättningshastighet och låg substrattemperatur. Tekniken för om pulserad icke-jämviktsmagnetronsputtering utvecklades under de senaste åren, vilket kombinerar fördelarna med om pulserad sputtering och icke-jämviktsmagnetronförstoftning, har blivit det igenkända föredragna förfarandet för framställning av en mängd olika funktionella tunna filmer, innefattande isoleringsmaterial, och har använts i laboratoriet och industrin allmänt. Förutom fördelarna med generell magnetronsputteringavsättning kan denna metod effektivt eliminera fenomenet bågutmatning och målförgiftning, effektivt förbättra filmens struktur, kvalitet och egenskaper och förbättra vidhäftningen mellan filmen och substratet.

DLC-filmkombination i form av kovalent bindning mellan kolatomerna, kemiska bindningar är huvudsakligen sp2 och sp3 hybridiserad nyckelhybridnyckel, de två nivåerna av hur mycket en direkt påverkan på prestanda för DLC-film: sp3-hybridiseringsnyckeln är högre, mer nära karaktären av diamantfilmen, kännetecknad av membranskiktets densitet, hög hårdhet, bra motståndskraft mot kemisk korrosion, bandbristbredden och hög resistivitet. Med olika depositionsmetoder och parametrar är innehållet i sp3-hybridbindning i den framställda DLC-filmen annorlunda, och filmens prestanda kommer att vara mycket annorlunda. I detta papper framställdes diamantliknande filmer genom pulserad om magnetron-sputtering. Effekterna av deponeringstryck på filmtjocklek, kemisk bindningsstruktur, mekaniska egenskaper och optiska egenskaper studerades.

1. Experiment

Diamantliknande (DLC) filmer deponerades på glasskivorna med användning av mediumfrekvenspulserad icke-jämviktsmagnetronsputteringsteknik, med grafit (renhet 99,99%) som målmaterial och argon (renhet 99,99%) som sputteringsgas. Före substratet sätts in i vakuumkammaren, rengörs först med aceton, vattenfri alkohol och avjoniserat vatten genom ultraljud under 15 minuter och torkas därefter med infraröd lampa och placeras i vakuumkammaren. Den molekylära pumpen användes för vakuumutvinning. Efter vakuumgraden uppnådde 5,0 10-4 Pa injicerades argon för att byta vakuumgraden till 2,0 Pa och en pulsförspänningsförsörjning användes för att tillsätta negativ förspänning 700V på substratet för förstoftningsrengöring under 15 min (arbetsförhållande 80% ) för att ytterligare avlägsna föroreningar och oljemolekyler adsorberade på ytan av substratet, varigenom avsevärt förbättra gränssnittsstaten. Vid filmavsättningsprocessen var målbasbasavståndet 90 mm, kraften av om sputteringens kraftuttag var 290 W frekvensen var 40 kHz och arbetscykeln var 80%, pulsförspänningens strömförsörjning fixerades vid 100 V, frekvensen var 40 kHz, arbetscykeln var 80%, substrattemperaturen var rumstemperatur och avsättningstrycket var 0,18 Pa , 0,36 a, 0,72 Pa respektive 1,50 Pa.

Veeco Dektak 150 steg instrument användes för att mäta tjockleken på den beredda DLC-filmen. Kratos-xsam800-ytanalyssystemet används för analys av röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) av proverna med hjälp av 13 kV 19 mA Al Ka röntgen (1486,6 eV) och vakuumgraden i analysrummet är högre än 1 10-6 Pa. Nano-hårdhetsprovet avslutades på MTS nano-indentationsinstrumentet (xp-typ). Under nano-indentationen togs 3 poäng av varje prov för testning, och sedan togs medelvärdet av nanohårdheten hos de 3 punkterna som den genomsnittliga nanohårdheten hos varje prov. De optiska konstanterna i den tunna filmen mättes på m-2000 di-spektroskopisk ellipsometer framställd av JAW ollam i USA med våglängdsområdet 600-1700 nm.

2. Slutsats

Diamantliknande filmer framställdes med argon som en hjälpgas och medelst medelfrekvenspulserad icke-jämviktsmagnetronsputteringsteknik. Påverkan av avsättningstryck på mikrostrukturen och mekaniska egenskaper hos DLC-filmer studerades:

(1) DLC-filmtjockleken ökar med ökningen av avsättningstrycket.

(2) XPS-testresultat visar att när avsättningstrycket ökar från 0,18 till 1,50 Pa, minskar innehållet av sp3-hybridbindning i DLC-film med ökningen av deponeringstrycket. Inverkan av sedimentärt tryck på innehållet av sp3-hybridbindning i DLC-film kan förklaras av "grundinjektionsmodell".

(3) nano-indentationstestresultat visar att när avsättningstrycket ökar från 0,18Pa till 1,50Pa, minskar nanohårdheten och elastisk återvinning av DLC-film med ökningen av deponeringstrycket.

(4) ellipsometri testresultat visar att vid samma testvåglängd minskar brytningsindexet för DLC-film med ökningen av deponeringstrycket, vilket är relaterat till filmens densitet och sp3-hybridbindningsinnehåll.

IKS PVD, medelfrekvens magnetron sputtering teknik, kontakta oss nu, iks.pvd @ foxmai.com