掺杂类金刚石薄膜的研究(2)

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碳原子的三种杂化状态

图1.1 碳原子的三种杂化状态

1. 2 DLC薄膜的性能

类金刚石薄膜有许多性能与金刚石薄膜相似，薄膜中sp3含量越高，二者性能越接近。由于其特殊结构，使其具有高硬度，高耐磨性，高电绝缘强度，高热导率，化学惰性和红外区透明等一系列优异性能[8]。

1.2.1 DLC薄膜的机械性能

DLC薄膜硬度很高，摩擦系数低，抗磨粒磨损性能优异，很适合用于工具涂层。在钻头、铣刀上沉积类金刚石薄膜，除了能够提高硬度，降低摩擦系数外，还能有效地抗粘结。加工铝合金和铜合金时，能够有效延长刀具寿命[9]。DLC薄膜摩擦系数很小，可以使机械零件在没有冷却和润滑的情况下运转，而不至于温度过高使零件失效。用作工具、量具表面涂层时，能有效提高耐磨性，保护其表面不被划伤，提高使用寿命。而且，DLC薄膜沉积温度不高，一般不超过200摄氏度，可有效防止沉积时工具退火及发生变形，可作为最终处理。但是，由于沉积的DLC薄膜厚度有限，难以抵抗大颗粒材料的剧烈摩擦。

1.2.2 DLC薄膜的光学性能

DLC薄膜具有良好的光学性能，消光系数很小，有良好的透光性能。其具有良好的红外透过性，在可见光范围内具有较弱的吸收性，在紫外光谱范围内随着波长的降低吸收率增加。DLC薄膜的光学能隙值很宽，从0.38到2.72eV[10]。类金刚石薄膜的折射率受薄膜中氢含量影响，随着各个地方被束缚的氢浓度下降而升高。类金刚石薄膜与硅、锗、石英等材料的折射率能较好地匹配，且与这些材料的附着性好，可以用作光学产品保护层和发光材料，提高其寿命。无色透明DLC薄膜可以保证光学元件光学性能的同时，明显提高其耐磨性和耐腐蚀性，可用于光学透镜保护膜。

1.2.3 DLC薄膜的电学性能

DLC薄膜具有较低的介电常数，较高的禁带宽度，较高地电子及空穴迁移率，高电阻率，高导热率等性质，可用作集成电路介质材料。不同方法制备的DLC膜的电阻率差别很大，一般含氢DLC膜的电阻率比不含氢的电阻率高；在DLC膜中掺入N可以使电阻率下降。当膜中掺金属时电阻率降低。掺入不同的杂质可得到不同电阻率DLC膜。另外，DLC膜的氢化表面有负电子亲和性和化学惰性，相对较低的有效功函数和禁带宽度，与多晶金刚石薄膜相比，DLC膜的电子发射具有阈值电场低、发射电流稳定均匀、不污染其它元器件的优点。因此DLC膜有潜力作为平板场发射显示(FED)的电子发射器[8]。此外，DLC薄膜还可以用作阳极溶出伏安法的工作电极，来检测重金属离子。也可以做成葡萄糖电流计生物传感器的电极和用于诊断艾滋病毒和肝炎病毒的微电极[11]。

1. 3 DLC薄膜的制备论文网

近几年来DLC膜的制备工艺发展迅速，已经开发出多种制备方法。这些方法大体分为两大类：物理气相沉积法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)。物理气相沉积的核心技术指的当一切处在真空条件下时，至少有一种沉积元素被雾化（原子化），进行的气相沉积工艺。这种技术集中在切削工具的表面强化，以改善机械摩擦副零件性能为目的。其特点是能够在各种基材上沉积膜层，膜基的界面可以得到改进，沉积速率高等。物理气相沉积类金刚石一般采用高纯石墨为碳源，也可以用甲烷气体为碳源，具体方法主要有：离子束沉积、溅射沉积、真空阴极电弧沉积、脉冲激光沉积等。物理气相沉积镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。下面介绍沉积DLC薄膜的两种常用方法。