用于光学器件的类金刚石保护膜、減反射膜的性能评述

像金刚石一样坚硬的碳的同素异构体减反射膜是把一种碳氢化合物在电场中电离加速后沉积到基片上形成的.沉积是在一定的真空条件下进行的.这种类金刚石光学膜具有绝缘性能好、硬度极高、对酸类和有机熔剂具有化学惰性,具有1～2电子伏的光学带隙,折射率约为2.因此,人们对用这种光学膜作为保护涂层和减反射涂层产生了极大的兴趣.在第二部分介绍了为形成这种类金刚石薄膜而采用的真空镀膜技术.重点介绍了当今在类金刚石薄膜的制备中两种最成功的真空镀膜力法:射频镀膜法、双束法.在第三部分中.分析了薄膜的沉积条件和结构.然后分析和讨论了薄膜的特性.     

霍尔离子源制备类金刚石薄膜研究

采用霍尔离子源沉积类金刚石薄膜是近年来新出现的一种方法 ,本文研究了自行研制的霍尔离子源的性能以及采用此离子源制备类金刚石薄膜及工艺参数的影响。结果表明 ,霍尔离子源在较低的电压即可起辉 ,可提供稳定的能量较低的离子束流。采用霍尔离子源沉积类金刚石薄膜的沉积速率约为 0 5nm/s。随着霍尔离子源灯丝电流的升高 ,离子源放电电压下降 ,制备的类金刚石薄膜的硬度下降。放电电流的变化对类金刚石薄膜的硬度影响不大。     

霍尔离子源制备类金刚石薄膜研究

采用霍尔离子源沉积类金刚石薄膜是近年来新出现的一种方法，本文研究了自行研制的霍尔离子源的性能以及采用此离子源制备类金刚石薄膜及工艺参数的影响。结果表明，霍尔离子源在较低的电压即可起辉，可提供稳定的能量较低的离子束流。采用霍尔离子源沉积类金刚石薄膜的沉积速率约为O．5nm/s。随着霍尔离子源灯丝电流的升高，离子源放电电压下降，制备的类金刚石薄膜的硬度下降。放电电流的变化对类金刚石薄膜的硬度影响不大。     

利用前后处理技术改进钛／硅基板上的类金刚石场发射特性

采用微波等离子体化学气相沉积系统存钛/硅基板上沉积类金刚石薄膜,并利用拉曼光谱仪、扫瞄式电子显微镜及原子力显微镜研究了氢等离子体前处理及快速退火后处理对类金刚石薄膜场发射特性之影响.在沉积类金刚石薄膜之前,钛/硅基板使用了两种前处理技术:第一种为研磨金刚石粉末,第二种为研磨金刚石粉末后外加氢等离子体刻蚀处理.成长类金刚石薄膜后进行快速退火处理.发现不论是氢等离子体前处理还是快速退火后处理皆能改善场发射特性,其中经退火后处理的场发射特性比氢等离子体前处理的场发射特性改善更明显.其因之一在于快速退火后处理可在类金刚石薄膜表而形成sp2丛聚,提供了很多的场发射子,也同时增加了表面粗糙度;另一个原因可能是在快速退火后处理期间会使类金刚石薄膜进一步石墨化,因而提供了许多电子在通过类金刚石薄膜时的传输路径.研究结果表明:利用适当的前后处理技术可改进类金刚石薄膜的场发射特性,进而做为冷阴极材料之应用.     

DBD等离子体合成类金刚石薄膜及其性能表征

利用一种新颖的高气压介质阻挡放电(DBD)等离子体下游区装置,以CH4、H2和Ar气体分别作为碳源与稀释气体,成功地进行了快速合成类金刚石薄膜的探索.实验分别研究了不同气体比例条件下类金刚石薄膜的生长情况.并对所合成的薄膜分别进行了水接触角、表面粗糙度、红外光谱和Raman光谱测试分析.结果表明,在放电等离子体下游区能够快速沉积特征峰明显的类金刚石薄膜,充分体现了高气压介质阻挡放电在材料合成方面的优势.     

液相电沉积金刚石薄膜的研究进展

评述了液相沉积(类)金刚石薄膜的研究现状,介绍了液相合成(类)金刚石薄膜的装置、液态源及薄膜的性能,分析了如何更好地提高(类)金刚石薄膜质量,并在此基础上提出了一种可能制备出高质量金刚石薄膜的脉冲电弧放电沉积装置.     

CVD金刚石薄膜抛光技术的研究进展

采用化学气相沉积 (CVD)方法在非金刚石衬底上沉积的金刚石薄膜 ,本质上为多晶 ,而且表面粗糙。然而 ,在金刚石薄膜的许多重要应用领域 ,如光学和电子学 ,都要求金刚石薄膜具有光滑表面 ,以便器件的制备或后续加工。本文论述了目前国际上出现的抛光CVD金刚石薄膜的主要方法 ,包括机械抛光法、热 化学抛光法、化学 机械抛光法、等离子体 /离子束抛光法以及激光抛光法等 ,深入分析了这些抛光方法的优点和不足 ,指出了今后需要重点解决的问题。最后 ,展望了CVD金刚石薄膜抛光技术的发展趋势     

氧离子能量对离子束辅助沉积Al2O3薄膜的结构及光学性能的影响

利用氧离子束辅助脉冲反应磁控溅射技术在聚酰亚胺基底上沉积Al2O3薄膜。这项技术在溅射高纯铝靶材的同时利用低能氧离子进行氧化来控制薄膜的化学配比。研究了薄膜沉积过程中离子束辅助的作用以及离子束放电电压对Al2O3薄膜的化学成分、结构、表面形貌、光学性能以及沉积速率的影响。结果发现,离子束放电电压对薄膜的化学成分具有显著影响,当电压增加到200 V,薄膜已基本达到完全化学计量比且薄膜为非晶结构;薄膜表面粗糙度随着离子束放电电压的增加而减小,当电压达到300V时,薄膜具有最小的表面粗糙度;通过对Al2O3薄膜透射谱的测量,分析薄膜的光学特性,获得了薄膜的光学常数随离子束放电电压的变化规律,发现氧离子束辅助沉积的薄膜具有较高的折射系数和较低的消光系数;另外,薄膜的沉积速率在电压增加到300V时达到最大值70 nm/min,是未采用离子束辅助时沉积速率的5倍。     

类金刚石薄膜的摩擦学特性及磨损机制研究进展

类金刚石薄膜已显示了重要的摩擦学应用价值,其中化学气相沉积的类金刚石薄膜(DLC)具有膜层致密、厚度均匀、摩擦学性能优良等特点成为广泛采用的一种沉积方法.本文介绍了气源成分、基体材料、摩擦环境、摩擦对偶、载荷及速度对化学气相沉积制备类金刚石薄膜的摩擦学特性的影响,概述了其摩擦磨损机理,同时探讨了进一步研究工作的方向.     

类金刚石薄膜的气相沉积新型工艺发展

类金刚石薄膜有着与金刚石薄膜相近的优异性能,且其制备条件相对而言比较温和,因此其制备工艺的发展一直得到广大研究者的关注。在各类型制备工艺中,低温气相沉积法由于其制备条件容易实现,生产设备可大规模生产化而得到了广泛的应用。简述了传统制备类金刚石薄膜的低温工艺,重点介绍了现阶段微波电子回旋等离子体沉积和真空磁过滤弧沉积等新型工艺发展现状。     

CVD金刚石薄膜抛光技术的研究进展

采用化学气相沉积方法在非金刚石衬底上沉积的金刚石薄膜,本质上为多晶,而且表面粗糙。本文论述了目前国际上出现的抛光ＣＶＤ金刚石薄膜的主要方法,包括机械抛光法、热－化学抛光法、化学－＝机械抛光法、等离子体／离子束抛光法以及激光抛光法等。     

等离子体化学气相沉积金刚石膜过程中光发射谱和朗谬尔探针原位诊断

报道了利用光发射谱(OES)和朗谬尔探针对热阴极直流放电等离子体化学气相沉积金刚石薄膜的等离子体条件进行原位研究的部分结果,研究了几种过程参数变化中等离子体状态,并与金刚石膜的沉积相联系。当CH     

计算机模拟类金刚石薄膜的光学性能研究

采用射频等离子体化学气相法在BK7玻璃样品上合成了类金刚石薄膜，基于介电模型对样品的光学透射谱进行计算机拟合，得到类全刚石薄膜的折射率和膜厚等性能指标。研究了甲烷浓度，射频功率密度和沉积压力等工艺参数对类金刚石薄膜的光学特性影响规律。试验表明折射率和生长速率均随甲烷浓度和功率密度增加而增加；气体压力对生长速率的影响最显著。     

硬质膜的研制现况与展望

硬质膜是在特殊应用环境下必须具有一定电阻率的薄膜的统称。其中不仅包括耐摩擦膜,而且包括高倍物镜中的光学膜、辐射环境下使用的电学膜。介绍了薄膜结构与性能的关系,探讨了各种使用环境对薄膜性能的影响。所涉及到的薄膜沉积工艺有:离子束沉积、离子束溅射沉积、双束溅射、离子轰击蒸发、活性反应沉积、反应溅射、反应离子镀膜、等离子体辅助化学气相沉积、电子回旋共振辅助等离子体增强化学气相沉积等镀膜工艺。     

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。     

新型表面波等离子体源的诊断及不同工艺条件下的等离子体特性

表面波等离子体(Surface-wave-sustained plasma,SWP)是近年发展起来的一种新型低压、高密度等离子体。应用这种技术,很容易实现镀膜过程中的离子束辅助沉积(IBAD),从而制备出性能优异的类金刚石薄膜(DLC)。本文介绍了一种新型的SWP源,说明了朗缪尔探针等离子体诊断的基本原理,研究了微波功率、靶电压、真空度等对等离子体特性的影响。测试了不同工艺条件下的等离子体密度,电子温度,等离子体电位,悬浮电位。研究结果表明,微波功率、靶电压和真空度等参数对等离子体特性具有重要的影响。结果同时表明,这种表面波等离子体源即使在0.85 Pa的真空度下也能够产生高达1.87×1011cm-3的电子密度(在2.8 Pa可达2.1×1012cm-3)。     

用于微机电系统的类金刚石膜制备及表征

采用等离子体源离子注入和电子回旋共振-微波等离子体辅助化学气相沉积技术相结合的方法在Si衬底上制备出了性能良好的类金刚石膜.通过共聚焦Raman光谱验证了薄膜的类金刚石特性,用原子力显微镜、微摩擦计和扫描电镜等对薄膜的表面形貌、摩擦系数和耐磨损性能进行了表征和测量.结果表明,用离子注入法制备过渡层大大提高了DLC膜与衬底的结合强度,薄膜的表面比较光滑,粗糙度大约为0.198 nm,具有较低的摩擦系数(0.1～0.15),具有较好的耐磨损性能.     

316不锈钢表面沉积厚类金刚石膜层的性能研究

采用脉冲辉光放电等离子体气相沉积法在316不锈钢表面沉积膜层较厚的类金刚石膜层。利用拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、光学显微镜、显微硬度计和摩擦磨损实验机分别对膜层组成和微观结构及机械性能进行了表征。研究发现,通过脉冲辉光放电等离子体气相沉积法,在316不锈钢表面制备的类金刚石膜层光滑致密;Raman分析得到的ID/IG和IT/IG比值分别为0.72和0.22;FT-IR分析可知膜层含有较多的CHx组成的sp3键;摩擦磨损试验得到膜层的摩擦系数低至0.100,XPS分析膜层sp3含量高达60.7%和光学显微镜测量膜层的厚度达到7mm。由此可知沉积类金刚石膜层后,可以显著地改善316不锈钢表面的机械性能。     

脉冲微波表面波PECVD在有机PET表面沉积DLC薄膜的阻隔性研究

目的 探讨使用脉冲微波表面波等离子体辅助化学气相沉积技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料表面沉积类金刚石薄膜作为阻隔层的可行性。方法 以C2H2为单体,氩（Ar）为放电气体,采用脉冲微波表面波等离子体化学气相沉积（PECVD）技术在有机PET材料表面沉积类金刚石（Diamond-like Carbon, DLC）薄膜。研究工艺参数,如脉冲微波放电功率、工作气压、单体与工作气体的体积比等,对DLC薄膜沉积速率和阻隔性能的影响。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、原子力显微镜（AFM）、氧气和水蒸气透过率测试仪等对薄膜结构与性能进行表征。结果 DLC薄膜的结构和成分随着等离子体放电工艺参数的变化而改变,造成其阻隔性能也随之发生变化。PET表面沉积纳米级DLC薄膜后,氧气透过率和水蒸气透过率可以分别降至0.58 mL/(m2?d)和2.5 g/(m2?d)。结论 DLC薄膜对氧气和水蒸气都表现出良好的阻隔性,可以应用于食品、药品的阻隔包装。     

金刚石薄膜

简要介绍了金刚石薄膜的研制历史。介绍了金刚石的结构和性质。文中的第三部分介绍了金刚石薄膜在机械、电子、半导体、光学等领域中的应用。又以其主要的制作法——微波法、热丝法为重点阐述了金刚石薄膜研制工作中的新进展。