基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束 (High intensitypulsedionbeam HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(1 0 0 )基体上沉积类金刚石 (Dia mond likecarbon DLC)薄膜 ,基片温度的变化范围从 2 5℃ (室温 )到 40 0℃。利用Raman谱、X射线光电子谱 (XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜 (AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出 ,基片温度低于 30 0℃时 ,sp3C杂化键的含量大约在 40 %左右 ;从 30 0℃开始发生sp3C向sp2 C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高 ,DLC薄膜中sp3C的含量降低 ,由 2 5℃时 42 .5 %降到 40 0℃时 8.1 % ,XRD和AFM分析得出 ,随着基片温度的增加 ,DLC薄膜的表面粗糙度增大 ,薄膜的纳米显微硬度降低 ,摩擦系数提高 ,内应力降低。基片温度为 1 0 0℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好 ,纳米显微硬度 2 2GPa ,表面粗糙度为 0 75nm ,摩擦系数为 0 .1 1 0。     

基体温度对中频脉冲非平衡磁控溅射技术沉积类金刚石薄膜结构与性能的影响

利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在不同的基体温度下制备了类金刚石(DLC)薄膜,采用Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、纳米压痕测试仪、椭偏仪对所制备DLC薄膜的微观结构、机械性能、光学性能进行了分析。Raman光谱和XPS结果表明,当基体温度由50℃增加到100℃时,DLC薄膜中的sp3杂化键的含量随基体温度的升高而增加,当基体温度超过100℃时,DLC薄膜中的sp3杂化键的含量随基体温度的升高而减少。纳米压痕测试表明,DLC薄膜的纳米硬度随基体温度的增加先增加而后减小,基体温度为100℃时制备的薄膜的纳米硬度最大。椭偏仪测试表明,类金刚石薄膜的折射率同样随基体温度的增加先增加而后减小,基体温度为100℃时制备的薄膜的折射率最大。以上结果说明基体温度对DLC薄膜中的sp3杂化键的含量有很大的影响,DLC薄膜的纳米硬度、折射率随薄膜中的sp3杂化键的含量的变化而变化。     

微波集成电路（MIC）中Au／NiCr／Ta多层金属膜粗糙化机理的AFM研究

Au/NiCr／Ta多层金属膜通过磁控溅射沉积在Si(111)基片上。XRD分析其晶体取向，SEM观察薄膜断面形貌，AFM研究薄膜表面粗糙度。结果表明薄膜表面粗糙度与沉积温度有关，随着沉积温度100℃→250℃的改变，薄膜表面发生从粗糙→光滑→粗糙的变化过程。根据不同的沉积温度探讨了薄膜表面粗糙化机理。     

电化学沉积DLC膜及其表征

采用电化学沉积方法，甲醇有机溶剂作碳源，在直流电源作用下在单晶硅表面沉积得到碳薄膜。薄膜不溶于苯、丙酮等有机溶剂，具有较高的硬度(16GPa左右)，用AFM、Raman和FTIR分析手段对该薄膜表面形貌和结构进行表征，Raman和FTIR结果表明电化学沉积得到的是含氢的类金刚石碳薄膜。通过研究样品薄膜的XPS和XAES谱图特征，进一步证实薄膜是DLC薄膜，并用线性插入法估算出样品薄膜中SP^3的相对含量为60％，同时推测了电化学沉积DLC薄膜的生长机理。     

NiTi合金生物医用材料表面镀类金刚石薄膜的性能研究

用脉冲电弧离子镀技术在NiTi合金生物材料表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜.研究分析结果表明制备的DLC薄膜是四面体非晶碳薄膜;随着DLC薄膜厚度的增加,薄膜的表面粗糙度增加,薄膜中sp3的含量减少;随着sp3含量的增加,薄膜的纳米硬度升高;划痕实验表明临界载荷大于0.9 N.研究得出与NiTi合金相比,DLC薄膜能够有效地降低摩擦系数和磨损.DLC薄膜的摩擦系数主要与薄膜的硬度及薄膜中sp3的含量有关,DLC薄膜的磨损主要是轻微的磨粒磨损及疲劳磨损.     

微波集成电路(MIC)中Au/NiCr/Ta多层金属膜粗糙化机理的AFM研究

Au/NiCr/Ta多层金属膜通过磁控溅射沉积在Si(111)基片上。XRD分析其晶体取向 ,SEM观察薄膜断面形貌 ,AFM研究薄膜表面粗糙度。结果表明薄膜表面粗糙度与沉积温度有关 ,随着沉积温度 10 0℃→ 2 5 0℃的改变 ,薄膜表面发生从粗糙→光滑→粗糙的变化过程。根据不同的沉积温度探讨了薄膜表面粗糙化机理     

PECVD法制备类金刚石薄膜的摩擦学性能

采用射频等离子体增强化学气相沉积法(rf-PECVD),在45钢表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜,借助激光拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM),分析了DLC膜的键结构、表面形貌和结构特征,用原位纳米力学测试系统测定了薄膜的硬度.以GCr15钢为摩擦副材料...     

工作气体对含氢DLC涂层热稳定性及力学性能的影响

为了揭示工作气体对DLC涂层的影响及为DLC在高温下的应用提供参考,通过通过控制工作气体中乙炔含量(C2H2/Ar流量比= 100 ∶0、75∶25、50∶50),采用等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)技术在304不锈钢基体上制备不同含氢量类金刚石薄膜(a-C:H);采用红外退火装置对样品进行了恒温退火处理,使用球-盘式摩擦仪测试了它们的摩擦曲线,并使用显微硬度仪测量了各种处理状态下的显微硬度;使用差热分析仪、拉曼光谱、红外光谱、场发射扫描电镜等分析表征了薄膜的组织结构.研究结果表明:工作气体中乙炔的含量影响DLC涂层的表面形貌和生长速度.随着工作气体中乙炔含量降低,涂层表面趋于光滑平整;DLC生长厚度随工作气体中乙炔含量的减少间呈非线性关系减薄.3组涂层中,75％乙炔制备的涂层sp3含量最低,但直到高于490℃时退火其ID/IG才开始迅速增加;且从制备态到各种退火态其硬度均高于乙炔含量为100％和50％的工作气体制备的DLC涂层.在相同的压力下,不同C2H2/Ar流量比的类金刚石薄膜的摩擦系数并没有明显的变化,在低温度退火之后的摩擦系数也没有明显的规律,只是在较高温度(490℃)以上,薄膜因为受到高温作用而加速了 sp3到sp2的转变从而生成了大量石墨相,导致摩擦系数的下降.     

射频磁控溅射制备类金刚石薄膜的特性

采用射频磁控溅射技术,用高纯石墨靶在单晶硅片、抛光不锈钢片上制备了类金刚石薄膜(DLC)。采用Raman光谱、原子力显微镜、显微硬度分析仪,表征了类金刚石薄膜的微观结构、表面形貌、硬度。结果表明,制备的类金刚石薄膜中含sp2、sp3杂化碳键,具有典型的类金刚石结构特征。计算表明,对应sp3杂化碳原子含量的ID1IG为3.18;薄膜的表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0.17 nm;薄膜硬度可以高达30.8 GPa。     

类金刚石碳膜的结构特性与耐磨性能

采用双离子束增强沉积（IBED）和离子束直接沉积（IBD）技术，在CHn 能量为200~550eV和3～25keV范围内沉积的类金刚石薄膜具有光滑平坦的表面和非晶结构。X光电子谱和Raman光谱分析、以及显微硬度测量的结果表明，随着轰击离子能量的降低，薄膜的金刚石特性增强；在200～550eV能量范围内制备的DLC膜具有明显的sp3键特征和很高的显微硬度。沉积在GCr15钢上的DLC膜与GCr15钢的摩擦学对比实验表明，DLC膜具有很低的摩擦系数、比磨损率和高的抗磨损指数，这证明采用上述两种方法制备的DLC膜具有优良的抗摩擦磨损性能。     

脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜耐磨特性研究

本文利用脉冲真空弧源沉积技术在Cr17Ni14Cu4不锈钢和Si(100)基体上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究在不同基体偏压下,DLC薄膜的结构与性能.采用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)研究DLC薄膜的原子结合状态,利用CSEM销盘摩擦磨损试验机研究其耐磨性,利用HXD1000B显微硬度仪测试其显微硬度,并采用压痕法评价其结合力.研究结果表明:DLC薄膜与基体结合牢固.随着基体偏压的提高,DLC薄膜内sp3键含量增大,薄膜硬度提高.Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高,本文探讨了DLC薄膜的耐磨机理.     

超硬超厚类金刚石薄膜合成研究

采用过滤真空阴极直流弧源(FilteredCathodic Vicuum Arc Deposition,FCVA)方法沉积超硬(＞6000HV)超厚(微米级)的DLC/DLC多层薄膜.通过显微硬度、内应力测量、XPS等方法表明,该薄膜显著优于普通单层薄膜.     

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.     

衬底温度对直流反应磁控溅射TiN电极薄膜显微结构及导电性能的影响

二氧化铪基新型铁电薄膜器件等研究提出了在低衬底温度下制备高导电性和低表面粗糙度纳米超薄TiN电极薄膜的迫切需求。利用直流反应磁控溅射方法在单晶硅基片上制备TiN薄膜,衬底温度范围从室温~350℃,以XPS、XRD、AFM以及XRR等为主要手段对薄膜样品的成分、物相、表面粗糙度以及厚度和密度等进行了表征分析。结果表明在350℃的较低衬底温度下,通过减少溅射沉积时间可获得厚度30nm的高导电性TiN电极薄膜。     

中频磁控溅射沉积DLC/TiAlN复合薄膜的结构与性能研究

采用中频非平衡磁控溅射沉积工艺,并施加霍尔离子源辅助沉积,在高速钢W18Cr4V及单晶硅基体上制备了梯度过渡的DIE/TiAlN复合薄膜.利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、显微硬度计、摩擦磨损仪等分析检测仪器对DLC/TiAlN复合薄膜的表面形貌、晶体结构、显微硬度、耐磨性等性能进行了检测分析.实验及分析结果表明:DLC/TrAlN薄膜平均膜厚为1.1μm,由于薄膜中的Al含量较多,使得复合薄膜的表面比DLC薄膜的表面要粗糙一些;通过对复合薄膜表层的XPS分析可知,ID/IG为2.63.由XPS深层剖析可知,DLC/TiAlN薄膜表层结构与DLC薄膜基本相同,里层则与TiAlN薄膜相似.在梯度过渡膜中,复合膜层之间的界面呈现为渐变过程,结合的非常好.DLC/TiAlN薄膜的显微硬度为2030 HV左右.与DLC薄膜显微硬度接近,低于TiAlN薄膜的显微硬度.但是DLC/TiAlN薄膜的耐磨性要好于TiAlN薄膜和DLC薄膜;DLC/TiAlN薄膜的耐腐蚀性能略好于DLC薄膜.     

硅基氧化铱薄膜的脉冲激光沉积及其微观结构研究

采用脉冲激光沉积技术，在Si（100）基片上制备了高致密的氧化铱（IrO2）薄膜，研究了不同沉积温度对薄膜结构的影响。利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对制备的IrO2薄膜进行了表征。结果表明：在20Pa氧分压，250℃～500℃范围内，得到的薄膜为多晶的IrO2物相，其晶粒尺寸和粗糙度随着沉积温度的升高而增加；所得到的IrO2薄膜表面粗糙度低，厚度均匀，与基片结合良好。     

用RF-PECVD法制备类金刚石薄膜

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法在硅衬底上沉积类金刚石(DLC)薄膜,通过控制甲烷(CH4)与氩气(Ar)流量的比值(VCH4/VAr)分别在上极板和下极板上沉积制备出一系列DLC薄膜,用Raman光谱等检测技术表征了DLC薄膜的结构、表面粗糙度、表面形貌和硬度.结果 表明:随着VCH4/VAr比例...     

涤纶材料表面类金刚石薄膜的沉积及其抗菌性能研究

采用乙炔等离子体浸没离子注入与沉积(PIII-D)，对医用涤纶(PET)缝合环材料进行表面改性，Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)的分析结果表明：在涤纶材料表面有效地沉积了一层类金刚石(DLC)薄膜。原子力显微镜(AFM)的图像分析进一步证明表面平均粗糙度从58．9nm降低到11．2mm。细菌粘附实验结果证明沉积了类金刚石薄膜的表面对5种细菌——金黄色葡萄球菌(SA)、表皮葡萄球菌(SE)、大肠杆菌(EC)、绿浓杆菌(PA)和白色念殊菌(CA)的粘附均有明显抑制作用，其中从培养时间为15h的吸附情况比较来看，金黄色葡萄球菌的粘附率降低了70％．表皮葡萄球菌降低了86%。     

电化学沉积CNx薄膜的摩擦性能研究

以单晶硅片(100)为衬底,尿素-甲醇有机溶液为沉积液,用电化学沉积的方法在阴极制备出CNx薄膜.通过AFM、XPS、Raman光谱和FTIR光谱对得到的CNx薄膜的表面形貌和微观结构进行了表征,并在球-盘摩擦试验机上考察了薄膜的干摩擦性能,用SEM和EDS对摩擦表面进行了分析,研究了摩擦机理.结果表明薄膜表面致密,但粗糙度较大;Raman光谱中出现明显的D峰和G峰,说明薄膜具有无定形的结构特征;薄膜的化学元素组成主要为C,还有少量的N,C、N原子之间主要以共价单键和双键形式结合.CNx薄膜与红宝石球对摩时,摩擦系数随频率的增大而升高,但几乎不随载荷而变化;CNx薄膜在形成转移膜的过程中不仅失去了N,而且发生了石墨化,这与DLC膜的摩擦过程非常相似.     

过滤阴极真空电弧法制备四面体非晶碳薄膜

利用离面双弯曲过滤阴极其空电弧沉积系统，在Ф200mm单晶硅片上制备四面体非晶碳薄膜。利用Dectek3型表面轮廓仪检验膜厚均匀性(小于5％)，并利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、激光拉曼光谱(Raman)、X射线光电子谱(XPS)以及纳米压痕(Nano—Indenter)仪器测试薄膜的性能和结构。结果表明：试验制备的薄膜是四面体非晶碳薄膜，其中sp^3键含量高达80％以上，薄膜表面纯净，几乎没有大颗粒的污染，表面粗糙度(Rq)小于0．3nm(取样面积1μm^2)，薄膜硬度可达50GPa，杨氏弹性模量高于550GPa。