具有低摩擦因数的a-C:H薄膜研究

a-C:H薄膜有内应力大、热稳定性差、大气环境下摩擦因数高（0.1～0.4）等一些固有缺陷。采用等离子体辅助化学气相沉积技术,以乙炔和六甲基二硅氧烷为反应前驱体制备了具有低摩擦因数的硅氧共掺a-C:H薄膜。利用扫描电镜、拉曼光谱、纳米压痕及划痕分别研究了薄膜的微观结构和力学性能。结果表明,硅氧共掺a-C:H薄膜具有典型的非晶碳结构,并且展现出较高的硬度和弹性模量以及良好的膜基结合力,大气下的摩擦因数介于0.04～0.08之间,气压为10 kPa和5 kPa时摩擦因数可低至0.02。薄膜的低摩擦性能主要来源于薄膜本身的特性（硅氧的掺杂）和服役环境中大气压力的共同作用。     

PMMA基底含氢非晶碳膜的结构和摩擦学性能

分别用磁控溅射和等离子体增强化学气相沉积方法在PMMA基底上沉积硅膜和含氢非晶碳(a-C:H)膜.用氩离子溅射硅靶制备硅膜,以甲烷和氢气为反应气体在不同自偏压下制备非晶碳膜.分别用原子力显微镜、X射线光电子能谱和紫外拉曼光谱表征薄膜的形貌和结构,并分别用纳米压痕仪和栓盘摩擦磨损试验机测试其机械和摩擦学性能.结果表明,沉积碳膜的PMMA基底呈现出高硬度、低摩擦系数和低磨损率的特性.碳膜的显微结构、机械和摩擦学特性均显著依赖薄膜沉积过程中使用的自偏压,其摩擦系数和磨损率与其硬度和sp3含量密切相关.     

ECR-CVD制备氟化非晶碳低k介质薄膜

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-CVD)方法,以C4F8和CH4为源气体在不同气体流量比R(R=[CH4]/{[CH4] [C4F8]})条件下成功地沉积了氟化非晶碳(a-C:F)低介电常数(低k)材料.采用X光电子能谱和椭圆光谱方法分析了a-C:F薄膜的化学组分和光学性质.沉积的a-C:F薄膜介电常数约为2.1～2.4,热稳定性优于350℃.随着气体流量比的增大,沉积a-C:F薄膜中的碳含量增大,CF、CF2、CF3含量减少,C-C交链成分增加,从而使得π-π(*)吸收增强,并引起薄膜光学带隙下降.氮气气氛下350℃温度退火后应力释放引起a-C:F薄膜厚度变化,变化量小于4%.450℃温度退火后,由于热分解作用薄膜厚度变化量在30%左右.     

等离子体物理气相沉积

利用等离子体辅助物理气相沉积制备化合物薄膜(氧化物、碳化物、氮化物和硫化物等)技术已广泛应用于很多工业领域,包括微电子学、光学、磁学中介质膜的沉积;切削和成形刀具上超硬碳化物和氮化物薄膜的沉积;固体润滑中硫化物薄膜的沉积,以及固体电解质薄膜的沉积等领域。事实上,等离子体物理气相沉积技术在材料制备方面已开辟了一个新的     

沉积参数对含氢非晶碳膜结构及性能的影响

本文利用射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）技术,以CH4、H2为气源,Ar-为稀释气体,通过增加过渡层和改变输入功率和气体成分比例（CH／H2）,在不锈钢基底上制备了含氢非晶碳膜（a-C：H）。利用拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）、纳米显微硬度计和摩擦磨损试验机等研究手段对含氢非晶碳膜的形貌、结构、显微硬度和耐磨性进行了表征。Ramas光谱和XPS分析表明,薄膜是由sp^2和sp^3杂化组成的非晶碳膜。显微硬度和摩擦学测试表明,在较低射频功率和富氢等离子体中沉积的a—C：H膜表面光滑、结构致密,薄膜的硬度、摩擦系数、耐磨性和结合力等性能较好。     

ECR-CVD沉积a-C:F薄膜

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ECR－CVD）技术,用苯和三氟甲烷混合气体,制备了氟化非晶碳膜（a-C:F)。用红外吸收光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析了a-C:F薄膜的结构。FTIR结果表明,氟主要以C－F,CF2的形式成键形成a-C:F薄膜,XPS结果进一步证明a-C:F膜中存在C－F,CF2键,获得了与FTIR相一致的结果。     

CF4,CH4制备氟化非晶碳薄膜工艺研究

以CF4和CH4为源气体,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备了不同工艺条件下的氟化非晶碳(a-C∶F)薄膜.发现薄膜的沉积速率和射频功率几乎成正比关系,薄膜中氟的存在是导致薄膜具有紫外吸收特性的根本原因;用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析可知薄膜中有C-F基团的存在,使得薄膜的介电常数降低;合理控制沉积条件,可获得理想的电介质薄膜.     

脉冲真空放电离子密度的测量

由于采用脉冲放电沉积技术能够克服连续电弧离子镀沉积时产生的液滴及负偏压放电的缺点，特别是它在镀制类金刚石薄膜中显示出来的独特性能：不含氢和硬度高，使其在薄膜沉积技术中越来越受到广大研究者的重视。为了更深入地研究薄膜的沉积工艺和薄膜性能之间的关系，迫切需要对脉冲真空放电等离子体的微观参数进行深入透彻的研究，如离子密度及其空间分布等。本文介绍了测量脉冲真空电弧离子源离子密度的方法，并采用该方法测量了脉冲真空电弧离子源离子密度及其空间分布，分析和研究了影响离子空间分布的各种参数。     

真空下载荷对a-C:H超润滑薄膜的摩擦学性能影响研究

高含H量a-C:H薄膜因能在宏观尺度实现超润滑(μ<0.01)而备受关注,具有广阔的应用前景.但高含H量a-C:H薄膜的摩擦学特性对测试条件十分敏感,为此,本文研究了典型工况(载荷)对薄膜摩擦学特性的影响及其摩擦学机制.采用球盘摩擦实验机对a-C:H薄膜在不同载荷下进行摩擦实验;使用表面轮廓仪观测薄膜在不同工况下的磨损...     

氟化非晶碳膜的光学带隙和伏安特性

用苯（C6H6）和三氟甲烷（CHF3）混合气体源气体，采用永磁微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积（MWECRCVD）技术，制备了氟化非晶碳膜（a-C:F)，光学带隙的结果表明它与膜中的C，F元素含量和键结构都有关系，伏安特性的测量表明a-C:F薄膜的电导在低电场下呈欧姆特性，高电场下则是肖特基发射机制。     

氮气退火对氟化非晶碳膜结构和电学性能的影响

采用电子回旋共振等离子体化学气相淀积(ECR-CVD)方法以C4F8和CH4为源气体制备了氟化非晶碳(a-C:F)膜并在氮气气氛中对a-C:F膜进行了退火处理研究.X光电子能谱(XPS)化学结构分析表明,退火后a-C:F膜中CF3,CF2和CF含量减少,而C-CFx(x=1～3)交联结构增多.电学性能研究指出,退火后a-C:F薄膜的介电常数由于电子极化和薄膜密度的增大而上升,Al/a-C:F/Si结构的阻滞效应由于界面态密度下降而减弱,同时a-C:F膜的π-π*带隙和电荷陷阱能量减小并导致薄膜漏电流增大.     

低介电常数a-C:F薄膜结构和热稳定性研究

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积的方法以C4F8和CH4为源气体制备了非晶氟化碳(a-C:F)薄膜.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X光电子能谱(XPS)技术分析了a-C:F薄膜化学组分.FTIR分析表明a-C:F薄膜中存在CF=C(1680 cm-1)和位于a-C:F薄膜交联结构末端的CF2=CF (1780 cm-1)结构.C1s峰高斯解叠后结合态与结合能对应关系为:CF3(295 eV),CF2(293 eV),CF(291 eV),C-O(289 eV),C-CFx(x=1～3)(287 eV),以及位于a-C:F薄膜交联结构末端的C-C结合态(285 eV).位于a-C:F薄膜交联结构末端的CF3和C-C结构热稳定性较差,退火后容易生成气态挥发物并导致a-C:F薄膜厚度减小.当C-CFx交联结构增多,且位于a-C:F薄膜交联结构末端的CF3和C-C结构减少时,a-C:F薄膜热稳定性提高.     

等离子体辅助铝诱导纳米硅制备多晶硅的研究

以超白玻璃为衬底,利用热丝化学气相沉积和磁控溅射法制备了Glass/nc-Si/Al叠层结构,置入管式退火炉中进行等离子体辅助退火.样品在氢等离子体氛围下进行了400,425和450℃不同温度,5h的诱导退火,用光学显微镜和拉曼光谱对样品进行了性能表征.结果表明随着诱导温度升高,样品的Si(111)择优取向越来越显著;晶粒尺寸不断增大,在450℃诱导温度下获得了最大晶粒尺寸约500μm的连续性多晶硅薄膜,且该温度下薄膜晶化率达97％;薄膜的结晶质量也随着温度的升高而不断提高.样品经450℃诱导后的载流子浓度p为5.8× 1017 cm-3,薄膜霍尔迁移率μH为74 cm2/Vs.还从氢等离子体钝化的角度分析了等离子体环境下铝诱导纳米硅的机理.     

氮掺杂氟化非晶碳薄膜光学性质的研究

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备氮掺杂氟化非晶碳(a-C:F:N)薄膜.用紫外-可见分光光谱仪、椭偏仪、傅立叶变换红外光谱仪对薄膜进行了检测.结果表明:随源气体中氮气含量的增加,光学带隙先减小后升高,折射率变化情况与之相反.在其它条件相同的情况下,升高沉积温度使得薄膜的光学带隙和折射率降低.光学带隙的大小与sp2键含量密切相关,sp2键浓度越大,薄膜的光学带隙越小.     

石英微晶天平技术在原子层沉积碳化镍薄膜过程中的应用研究北大核心CSCD

采用等离子体增强原子层沉积技术分别以Ni(amd)2、Ni(dad)2为镍、碳前驱体,氢等离子体为还原剂成功沉积了碳化镍薄膜。两个沉积过程中,碳化镍薄膜厚度都随着反应循环次数的增加而线性增加。利用石英微晶天平技术对碳化镍薄膜的沉积过程进行了原位在线测量。初步提出碳化镍薄膜的沉积机理,其中由等离子体作用产生的氢原子对沉积过程有重要作用。一方面,在等离子体中原子氢与Ni(amd)2或Ni(dad)2发生化学反应,生成Ni、挥发性的N-叔丁基乙酰胺盐和碳氢化合物,这些镍在镍表面上有吸附和分解的趋势。此外,原子氢对吸附的碳氢化合物脱氢生成碳化镍和大量碳物种具有促进作用。另一方面,预计它还会刻蚀碳化镍表面的无定形碳和石墨,或者将碳化镍分解成具有催化活性的金属镍。     

多晶硅薄膜的氢等离子体钝化机理研究

研究了氢等离子体钝化多晶硅(poly-Si)薄膜中缺陷态的详细物理机制。结果表明,多晶硅中不同的缺陷态需要不同的氢等离子体基团予以钝化。Hα具有较低的能量,主要钝化悬挂键类缺陷态;H*具有较高的能量,对钝化晶界附近与镍杂质相关的缺陷态更有效;Hβ和Hγ具有的能量最高,可以用来钝化晶粒内部的缺陷态。这些分析和结果有利于优化H等离子体钝化多晶硅的条件,进一步提高多晶硅性能。     

石英微晶天平技术在原子层沉积碳化镍薄膜过程中的应用研究

采用等离子体增强原子层沉积技术分别以Ni(amd)2、Ni(dad)2为镍、碳前驱体,氢等离子体为还原剂成功沉积了碳化镍薄膜。两个沉积过程中,碳化镍薄膜厚度都随着反应循环次数的增加而线性增加。利用石英微晶天平技术对碳化镍薄膜的沉积过程进行了原位在线测量。初步提出碳化镍薄膜的沉积机理,其中由等离子体作用产生的氢原子对沉积过程有重要作用。一方面,在等离子体中原子氢与Ni(amd)2或Ni(dad)2发生化学反应,生成Ni、挥发性的N-叔丁基乙酰胺盐和碳氢化合物,这些镍在镍表面上有吸附和分解的趋势。此外,原子氢对吸附的碳氢化合物脱氢生成碳化镍和大量碳物种具有促进作用。另一方面,预计它还会刻蚀碳化镍表面的无定形碳和石墨,或者将碳化镍分解成具有催化活性的金属镍。     

a-C:F薄膜结构与电学性能研究

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ECR-CVD）方法,以C4F8和CH4为源气体,在不同气体流量比R（R=[CH4]/（[CH4]＋[C4F8]））条件下沉积氟化非晶碳（a-C：F）薄膜.用原子力显微镜（AFM）分析了薄膜的表面形貌.用柯西（Cauchy）模型和Levenberg-Marquardt非线性迭代算法分析了薄膜的椭圆光谱.用X光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术分析了薄膜的化学成分.随着气体流量比R的增大a-C：F薄膜C-C键结构增多,薄膜C/F比增大.a-C：F薄膜的介电常数取决于电子极化并随R的增大而上升.a-C：F薄膜导电行为在低场强区域呈现欧姆特性,在高场强区域符合Poole-Frankel机制.随着C-C含量的增大,π价带态和π＊导带态之间的带隙减小,电荷陷阱深度减小,陷阱中的电子在场增强热激发作用下更容易进入导带,导致薄膜漏电流增加.     

低摩擦长寿命类富勒烯碳基薄膜的制备及其摩擦学特性

以甲烷(CH4)为前躯体,利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在单晶硅〈n-100〉基底表面制备含氢类富勒烯碳基薄膜(FL-C∶H)。采用高分辨透射电镜(HRTEM)、拉曼光谱仪(LABRAM)和多功能X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜及磨屑结构进行表征;利用摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM)分别测试薄膜的摩擦学性能和观察磨屑的微观形貌。结果表明,所制备的碳基薄膜具有类富勒烯纳米结构,且磨屑的显微结构亦呈现类富勒烯结构的特征。同时,类富勒烯纳米结构的碳基薄膜具有优异的摩擦学性能,与传统非晶类金刚石薄膜相比,其磨损寿命显著提高,在载荷为30N、摩擦速率为0.1m/s下薄膜的磨损寿命为3 538.2m,摩擦系数低至0.012左右,显示出长寿命低摩擦特性。     

薄膜沉积过程中的粒子轰击效应

一、前言在真空和低压环境中,将可凝性原子(吸附原子)传输到一表面来制备薄膜。产生吸附原子的方法有热蒸发、物理溅射、气相粒子、其它蒸发源,诸如真空或等离子体电弧。影响薄膜各生长阶段的主要参数有基底温度;沉积速率;沉积粒子的入射角:荷能粒子的轰击。可利用荷能离子的轰击对基底表面改性或改变薄膜的成核及生长。一般情况下,这