掺硅类金刚石薄膜的制备、结构及光学性质

论文摘要

本文采用直流磁控溅射方法,以普通光学玻璃和单晶硅为基底,Ar为工作气体和石墨以及硅片为靶材,制备无氢类金刚石薄膜和掺硅类金刚石薄膜。采用紫外-可见光光谱仪和荧光光谱仪对薄膜的光学性质进行了分析;薄膜的成分、结构和表面形貌分别通过X射线光电子能谱（XPS）,X射线衍射（XRD）,拉曼光谱仪,原子力显微镜（AFM）分析。并测量了薄膜的透过率,光学带隙和表面的粗糙度等性能,研究了不同基底及不同工艺条件对薄膜结构和性能的影响,找出最佳的沉积条件,重点分析了不同硅含量对薄膜的结构性能的影响。研究结果表明,采用直流磁控溅射方法,以石墨和硅片为靶材,Ar为工作气体可成功制备无氢类金刚石薄膜和掺硅类金刚石薄膜。随着硅含量的增加,薄膜的光学透过率提高,膜的光学带隙也先变宽后有所下降;光致发光光谱分析表明发光中心随着硅的增加发光中光蓝移并且强度增强。XRD和AFM测量结果表明薄膜为硅、碳原子层状交织的非晶态共价网络结构。XPS光谱分析表明随着硅片占靶的面积增大,薄膜中含硅量从6.35at.%增加到24.55at.%,从薄膜中的价键所占的比例推断出膜中sp3/sp2随着硅量的增多而增加。薄膜的拉曼光谱中D峰和G峰都移向高频方向。最后,文章详细探讨了制备参数对无氢类金刚石薄膜的表面形貌,沉积速率,紫外-可见光透射光谱及光学带隙的影响和机理分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 类金刚石薄膜
• 1.2 类金刚石薄膜的性能
• 1.2.1 力学方面的性能
• 1.2.2 摩擦性能
• 1.2.3 电学性能
• 1.2.4 光学性能
• 1.3 类金刚石薄膜的应用
• 1.3.1 机械行业的应用
• 1.3.2 电学上的应用
• 1.3.3 磁学方面的应用
• 1.3.4 声学上的应用
• 1.3.5 光学上的应用
• 1.3.6 医学上的应用
• 1.4 类金刚石薄膜的制备方法
• 1.4.1 弧光放电及磁过滤阴极电弧沉积法
• 1.4.2 离子束沉积法
• 1.4.3 脉冲激光沉积方法
• 1.4.4 磁控溅射沉积方法
• 1.4.5 直流辉光放电等离子体化学气相沉积
• 1.4.6 射频辉光放电等离子体化学气相沉积（RF-PCVD）
• 1.5 DLC膜的生长机理
• 1.6 类金刚石薄膜的研究现状
• 1.7 本文研究的目的和研究内容
• 第二章 磁控溅射技术及薄膜的表征方法
• 2.1 磁控溅射原理
• 2.2 实验设备
• 2.3 样品的制备
• 2.4 DLC薄膜的表征方法
• 2.4.1 XRD表征分析
• 2.4.2 AFM表征分析
• 2.4.3 膜厚的测量
• 2.4.4 紫外-可见光光谱（UV-VIS）
• 2.4.5 拉曼光谱（Raman）
• 2.4.6 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.4.7 光致发光分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 掺硅 DLC薄膜结构及性能研究
• 3.1 掺硅 DLC薄膜的X射线衍射光谱研究
• 3.2 掺硅 DLC薄膜的表面形貌研究
• 3.3 掺硅 DLC薄膜光学透过率及光学带隙研究
• 3.4 掺硅 DLC薄膜XPS光谱研究
• 3.5 掺硅 DLC薄膜光致发光研究
• 3.6 掺硅 DLC薄膜的拉曼光谱研究
• 3.7 本章小结
• 第四章 工艺条件对成膜的影响
• 4.1 制备参数对无氢DLC薄膜的沉积速率影响
• 4.2 制备参数对无氢DLC表面形貌的影响
• 4.2.1 溅射功率对DLC薄膜表面形貌影响
• 4.2.2 基底温度对DLC薄膜表面形貌的影响
• 4.3 制备参数对无氢DLC薄膜透射及光学带隙的影响
• 4.3.1 溅射功率对DLC薄膜的透射及光学带隙的影响
• 4.3.2 基底温度对DLC薄膜的透射光谱及光学带隙的影响
• 4.3.3 溅射压强对DLC薄膜的透射光谱及光学带隙的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果