论文摘要
本文介绍了类金刚石碳（DLC）膜的研究进展,对其结构、表面形貌、性能及沉积机理作了详细的总结、分析和讨论。重点综述了类金刚石碳膜的制备方法、应用背景及研究进展。DLC膜具有极好的力学性能,其高硬度、低摩擦系数及抗磨损性能仅次于金刚石（金刚石的硬度为100GPa）;同时具有高杨氏模量和弹性模量;其次,DLC膜还具有极高的电阻率、电绝缘强度、击穿电压高以及较低的介电常数等;在生物工程方面,DLC膜有其独特的生物兼容性、化学惰性及摩擦学性能。目前,国外已经将DLC膜成功地应用到人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨方面。在光学方面,其光致发光率很高,在红外到紫外光波段的吸收系数很小,具有优良的光透过率和光学带隙,在红外区域几乎“透明”。目前,DLC膜已被广泛应用于机械、电子、光学、热学、声学、医学等敏感功能薄膜材料领域,具有良好的应用前景,受到国际科技界的极大关注,如美国已经将DLC膜材料作为国家21世纪的战略材料之一。本文应用低压等离子体增强化学气相沉积（LPPCVD）方法制备类金刚石碳膜,并对其结构和性能进行了研究。通过Raman光谱和XPS光谱确认了薄膜的类金刚石特性,并研究了随制备薄膜的不同工艺参数两种光谱的演变规律,结果发现,改变工艺参数可以很好的调制薄膜中的sp2与sp3的杂化比,制备薄膜中sp3/sp2比例最高可达0.67,sp3含量可达到40.16%,其分子团簇尺寸较小,此时薄膜更加致密。本文研究了主要参量（如源气体流量比、工作气压、射频功率等）对薄膜沉积速率和表面形貌的影响,利用AFM和SEM照片观测了薄膜的表面形貌,通过对分子团簇大小的估算,研究了沉积机理对表面形貌的影响。结果显示,在压强为10Pa,射频功率为10W,氢气流量为0.5sccm,单体流量为0.6sccm条件下可制备出表面平整、致密,均方根粗糙度在1nm左右,沉积速率为11.96nm/min的高光洁度薄膜。利用红外光谱研究了DLC薄膜化学结构,结果显示,制备的薄膜中氢含量较高,薄膜中碳氢原子形成的基团中以sp3CH3为主且薄膜中没有发现sp2C-H基团。研究表明,T2B含量少的样品吸收峰强于T2B含量大的样品,即其含有更多的C=C键。随着气压升高,样品中C=C键的含量下降。射频功率较大时制备的样品吸收峰强于功率较小时制备的样品,即其含有更多的C=C键。研究了工艺参数对薄膜紫外-可见光透射光谱和光学带隙的演变规律。结果表明,薄膜在可见光区域具有良好的透过率,最高可达98%,在紫外波段范围内具有强吸收特性。薄膜的光学带隙在2.328～2.82eV范围。薄膜光学带隙与薄膜的结构有很大关系,特别是与薄膜中sp3杂化键以及C=C双键含量具有直接关系。通过对薄膜的热稳定性研究,发现氢含量过多或者过少都会使薄膜失重较多,只有氢在合适比例情况下才能制备出结构致密的薄膜,同时这也验证了氢在薄膜制备过程中的重要作用。压强较大时制备的薄膜的裂解温度相对较高,裂解吸热量较小。通过改变参数能够得到热稳定性较好的薄膜。因此有理由相信类金刚石碳膜在惯性约束聚变（ICF）实验研究中将有较好的应用前景。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 类金刚石碳膜1.1.1 类金刚石碳膜的结构1.1.2 类金刚石碳膜的研究发展过程1.2 类金刚石碳膜性能与应用领域1.3 类金刚石碳膜常用的制备方法1.3.1 物理气相沉积法1.3.2 化学气相沉积法1.4 DLC 膜目前存在的主要问题1.5 本课题的研究背景及意义1.6 本课题的研究内容2 类金刚石碳膜的制备及表征方法2.1 引言2.2 类金刚石碳膜的制备方法及条件2.2.1 实验设备2.2.2 衬底清洗2.2.3 样品制备工艺2.2.4 样品制备操作过程2.3 样品分析测试方法2.3.1 膜厚测量2.3.2 原子力显微镜（AFM）测试2.3.3 场发射扫描电子显微镜（SEM）2.3.4 X 射线光电子能谱（XPS）2.3.5 激光Raman 光谱2.3.6 傅里叶变换红外光谱（FTIR）2.3.7 紫外可见光谱（UV-VIS）2.3.8 碳、氢含量的检测方法2.3.9 热分析仪测试3 类金刚石碳膜结构表征3.1 类金刚石碳膜的沉积速率2B/H2 流量比DLC 膜沉积速率的影响'>3.1.1 T2B/H2 流量比DLC 膜沉积速率的影响3.1.2 压强对DLC 膜的沉积速率影响3.1.3 功率对DLC 膜的沉积速率影响3.2 类金刚石碳膜的拉曼光谱研究3.3 类金刚石碳膜的傅里叶变换红外光谱研究2B/H2 流量比对DLC 膜红外光谱的影响'>3.3.1 T2B/H2 流量比对DLC 膜红外光谱的影响3.3.2 压强对DLC 膜红外光谱的影响3.3.3 射频功率对DLC 膜红外光谱的影响3.4 类金刚石碳膜的XPS 光谱研究2B/H2 流量比对DLC 膜XPS 光谱的影响'>3.4.1 T2B/H2 流量比对DLC 膜XPS 光谱的影响3.4.2 压强对DLC 膜XPS 光谱的影响3.5 类金刚石碳膜的元素含量检测3.5.1 不同压强下所制DLC 薄膜样品中的元素含量3.5.2 不同流量比下所制DLC 膜中的元素含量3.6 本章小结4 类金刚石碳膜表面形貌分析与沉积机理4.1 引言4.2 工艺参数对DLC 膜表面形貌的影响B/H2 流量比对DLC 膜表面形貌的影响'>4.2.1 TB/H2 流量比对DLC 膜表面形貌的影响4.2.2 压强对DLC 膜表面形貌的影响4.2.3 射频功率对表面形貌的影响4.2.4 DLC 膜表面粗糙度随成膜厚度的变化4.3 类金刚石碳膜沉积机理4.3.1 离子溅射（刻蚀）模型4.3.2 浅注入模型2-sp3 转化模型'>4.3.3 sp2-sp3转化模型4.3.4 热峰模型4.3.5 氢在实验过程中的作用4.4 本章小结5 类金刚石碳膜的紫外-可见光谱及热稳定性分析5.1 类金刚石碳膜的紫外-可见光光谱研究5.1.1 压强对DLC 膜紫外-可见光光谱的影响2B/H2 流量比对DLC 膜紫外-可见光光谱的影响'>5.1.2 T2B/H2 流量比对DLC 膜紫外-可见光光谱的影响5.1.3 射频功率对DLC 膜紫外-可见光光谱的影响5.2 类金刚石碳膜热稳定性研究2B/H2 流量比对DLC 膜热稳定性的影响'>5.2.1 T2B/H2 流量比对DLC 膜热稳定性的影响5.2.2 压强对DLC 薄膜热稳定性的影响5.3 本章小结6 结论与展望6.1 主要结论6.2 后续研究工作的展望致谢参考文献附录
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标签：类金刚石碳膜论文; 低压等离子体化学气相沉积论文; 结构论文; 表面形貌论文; 性能论文;
