TiC/DLC多层膜的制备及组织形态

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术,以甲烷气体为碳源,99.99%Ti为靶材制备了TiC/DLC多层膜。利用X射线衍射仪、电子显微镜、俄歇电子能谱仪和拉曼光谱仪等对TiC/DLC多层膜的组织、结构、形态及成分进行了分析。结果表明:Ti与C结合生成TiC晶相,过渡层中TiC相呈柱状晶生长,多层膜中的TiC分层以岛状模式生长,DLC分层以层状模式生长,TiC/DLC膜层中含有金刚石成分。TiC/DLC的多层结构受沉积参数的影响,当分层的沉积时间少于1 min时,很难获得清晰的层状结构薄膜,膜中Ti的含量随Ti靶电流的增加而增加;过渡层的引入,提高了膜与基体的结合力,并且过渡层的厚度增加,TiC/DLC膜层同基体之间的结合力增强。     

过渡层对含氢非晶碳膜生长的影响

本文利用射频等离子体增强化学气相沉积（RFPECVD）工艺在不锈钢基底上制备了含氢非晶碳膜（a-C：H膜）。在沉积碳膜之前，首先在基底表面预先沉积了Ti／TiC、Ti／TiN和Ti／TiN／TiC等过渡层以提高膜基结合力。利用激光Raman光谱分析了过渡层对a-C：H膜生长过程及膜中sp^3含量的影响。实验结果表明，采用Ti／TiN／TiC过渡层时所制备的a-C：H膜中sp^3含量最多，同时膜基结合力最大。     

不同沉积气体对多孤法制备TiC膜的影响

采用两种不同的沉积气体CH4 和C2 H2 分别在SUS3 0 4不锈钢基片上用多弧离子法沉积TiC硬质膜。XPS结果表明 ,用C2 H2 作为沉积气体制备TiC膜中的sp2 杂化的碳多于用CH4 作为沉积气体制备的TiC膜。XRD表明 ,用CH4 气体沉积TiC膜的 ( 111)峰为择优取向 ,但用C2 H2 气体沉积的TiC膜却朝着 ( 111)和 ( 2 2 0 )取向竞争生长。TiC薄膜的高硬度某种程度上取决于TiC( 2 2 0 )峰的丰度。     

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。     

ECR-CVD制备的SiOx/a-C:F/SiOx多层膜的结构与介电性质

使用80％Ar稀释的SiH4,O2,CHF3和CH4作为前驱气体,利肝微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-CVD)方法制备了SiOx／a-C：F／SiOx多层膜。傅里叶变换红外测试结果表明了多层膜中存在大量的C-F,C=C,Si-O键,同时由于器壁的吸附效应,膜中还存在少量的Si-C和Si-F键,这些键的存在从x射线光电子能谱的深层剖析结果得到了证实。热退火的结果表明了薄膜的红外结构没有发生太大的变化,薄膜的介电常数经过400℃的退火后仅上升了8％。实验结果表明了ECR-CVD制备的SiOx／a-C：F／SiOx多层膜可以成为超大规模集成电路中层间绝缘层的候选材料。     

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。     

通过制备Ti/TiC和Si/SixNy过渡层在铜基体上沉积类金刚石膜的研究

将磁控溅射物理气相沉积（MS-PVD）和电子回旋共振-微波等离子体增强化学气相沉积（ECR—PECVD）技术相结合，在铜基体上通过制备两种不同的过渡层，成功地沉积了类金刚石膜。拉曼光谱结果分析表明，所制备的碳膜都具有典型的类金刚石结构特征。通过原子力显微镜对薄膜的微观形貌进行分析，采用纳米压痕测量薄膜的硬度和模量。并对Ti／TiC过渡层和Si／SixNy过渡层上沉积的类金刚石薄膜进行了研究对比。     

弧流对Ti—Si—C膜层结构与性能的影响

电弧离子镀沉积膜层具有放电温度高、离化率高和沉积速率快等特点,可以在较低温度下促进Si—C成键,是获得含Si—C键膜层的一种经济实惠的方法。本文使用Ti—Si合金靶,在Ar和C₂H₂气体环境下,在铝合金衬底上制备了Ti—Si—C膜层,并分析和研究了不同弧流下沉积膜层的相组成、磨损和腐蚀性能。结果显示,不同弧流下沉积的膜层是由B1型TiC相、立方结构的SiC相和金属Ti相组成的复合结构;大弧流由于放电温度高,有利于膜层中Si—C键的形成.弧流增加,靶材蒸发速率加快,沉积膜层的厚度增加,同时,由于靶材附近单位时间内气化和离化的Si和Ti数量增加,沉积膜层中Si和Ti含量和增加而C含量降低.弧流增加,膜层中碳化物总含量减少,造成膜层摩擦系数逐渐增加而耐磨性降低,但膜层的耐腐蚀性能增加.适当弧流下的沉积膜层可获得优异的磨损和腐蚀综合性能.     

不锈钢表面防护TiC/a-C∶H纳米复合薄膜的耐腐蚀性能

采用直流反应磁控溅射技术在304不锈钢表面沉积TiC/a-C∶H纳米复合薄膜,并研究了TiC/a-C∶H纳米复合薄膜对不锈钢耐腐蚀性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察,结果表明薄膜表面光滑且薄膜结构均匀致密。Raman光谱和XRD测试结果表明,薄膜具有纳米晶TiC镶嵌非晶碳基质的典型纳米复合微结构。通过测量薄膜的静态接触角分析薄膜的润湿性,不锈钢表面沉积TiC/a-C∶H纳米复合薄膜后疏水性能明显提高,水接触角高达98°。电化学腐蚀测试结果表明,不锈钢表面沉积TiC/a-C∶H纳米复合薄膜体系在质量分数为3.5%的NaCl溶液中自腐蚀电位约为-0.09V,腐蚀电流密度为2.43×10-8 A·cm-2,与无薄膜防护的裸露不锈钢相比,其耐腐蚀性能得到明显改善。     

射频功率对DLC薄膜结构和力学性能的影响

使用射频磁控溅射,以高纯度碳靶材和高纯度甲烷为碳源,在不同射频功率下制备了类金刚石(DLC)薄膜。利用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪和显微硬度计测试了薄膜的结构与性能。研究结果表明:制备的薄膜致密均匀,随着射频功率的增大薄膜生长速度增大,C原子含量增大;在200W功率制备的薄膜sp~3含量高,其分子结构与性能也就更偏向于金刚石,薄膜维氏硬度达到1038.26 MPa。同时发现,随制备功率的增加,DLC薄膜硬度呈先增大再减小的趋势,薄膜石墨化程度增大。     

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.     

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.     

TiC/i-C复合硬质薄膜的制备和摩擦学行为的研究(英文)

介绍一种 TiC/i－ C双层复合硬质薄膜,该复合膜由碳化钛（ TiC）膜层和 i－ C（离子辅助沉 积）无定形硬质碳膜组成。采用反应磁控溅射的方法沉积碳化钛（ TiC）膜层。随后在维持镀膜系 统真空度的情况下,利用等离子体分解结合高能离子轰击的方法不间断地连续制备 i－ C类金刚 石薄膜。 TiC膜层对金属基片和表面 i－ C膜层都有良好的附着与结合强度, 因此被用作中间过 渡层,而表面 i－ C膜层则保持了 DLC薄膜硬度高和摩擦系数小等优良的性能。对 TiC/i－ C复 合膜的机械性能和摩擦学行为的测试显示该复合膜具有非常高的显微硬度及优良的摩擦学特性, 诸如很高的抗附着磨损、磨耗磨损、划痕磨损的性能及很低的摩擦系数。与 TiC单层膜与 DLC单 层膜比较,显示该 TiC/i－ C复合膜更能适合实际应用的需要,在国民经济中将有广阔的应用前景。     

辅助气体组成对类金刚石薄膜结构和性能的影响

分别以氩气-甲烷、氩气-乙炔为辅助气体,高纯石墨为靶材,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术制备了类金刚石薄膜.采用Raman光谱、X射线光电子能谱、纳米压痕测试仪、原子力显微镜对所制备类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌进行了分析.Raman光谱和X射线光电子能谱测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜中sp3杂化键的含量比以氩气-乙炔为辅助气体制备的类金刚石薄膜的高.纳米压痕测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的纳米硬度比以氩气-乙炔为辅助气体的高.原子力显微镜测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度比以氩气-乙炔为辅助气体的低.以上结果说明辅助气体组成对类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌有较大的影响.     

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.     

热原子层沉积技术制备的TiAlC薄膜的性能

为了解以热原子层沉积技术制备的TiAlC薄膜的特性,在不同基底温度下,以硅和二氧化硅为基底材料制备了TiAlC薄膜;采用椭偏仪、分光光度计、X射线光电子能谱、原子力显微镜、X射线衍射仪对薄膜的性能进行了测试。结果表明:随着基底温度的升高,TiAlC薄膜平均透射率逐渐降低,吸收边产生红移,光学带隙由2.56eV降低到0.61 eV;薄膜的沉积速率由0.09 nm/cycle升高到0.20 nm/cycle,表面粗糙度由1.82 nm降低到0.49 nm;不同基底温度下生长的薄膜均为无定型结构;膜层中的氧源于空气的自然氧化,且膜层的氧化程度与膜层中TiC的含量及膜层的致密性有关;TiAlC薄膜的形成主要源于高温条件下TiC的形成及三甲基铝的分解。     

PECVD法沉积类金刚石膜的结构及其摩擦学性能

以C2H2为碳源,Ar气为辅助气体,利用射频等离子体化学气相沉积的方法在有机薄膜PET和载玻片上制备了类金刚石(diamond-like carbon,DLC)薄膜.通过红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)分析了所制备DLC薄膜的结构;利用原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的表面形貌;另外,还利用摩擦磨损仪对薄膜的机械性能进行了研究.实验得到:FTIR、Raman谱图分析发现碳氢膜主要由sp2和sp3杂化的碳氢化合物呈层状堆积而成,其组分与沉积参数密切相关;同时,sp2和sp3杂化比例影响所制备薄膜的致密性、均匀性和耐磨性能.     

沉积在核石墨IG-110基体上的热解炭涂层微观结构

采用化学气相沉积技术,以甲烷作为碳源,在核石墨IG-110基体上制备层状热解炭涂层。利用偏光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及同步辐射掠入射X射线衍射(GI-XRD)研究热解炭涂层的微观结构和生长特性。结果表明,热解炭涂层具有大锥体、小锥体和再生锥体三种生长锥微观结构,热解炭片层间结合紧密,生长锥间结合密实。热解炭涂层存在光滑层和再生层两种织构,每种织构都含有两种晶面间距不同的相结构,平滑层主要含有低石墨化度相,而再生层主要含有高石墨化度相。热解炭涂层致密的微观结构和仅存在的纳米级别的微孔使其可以作为气体阻隔涂层。     

C_2H_2/N_2流量比对沉积Ti(C,N)薄膜影响的研究

以C2H2和N2为反应气体，Ar作载气，用多弧离子法在高速钢基片上沉积Ti（C，N）薄膜。所制备的薄膜分别用SEM，XRD，XPS等技术进行分析与测试。给果表明，薄膜结构比较致密，膜厚在1．5～20μm。薄膜呈现了较强的（111）择优取向，且该取向与流量比r＝C2H2／N2有关、薄膜的主要构成是Ti（C，N），但膜中有石墨相存在。