等离子体增强化学气相沉积类金刚石薄膜的研究

论文摘要

类金刚石（DLC）薄膜具有优异的物理、化学性能,如高硬度、低摩擦系数、优良的耐磨性、在红外波段的透过性、化学惰性和生物相容性等,使它们在诸如真空微电子学、摩擦学、光电子学、声学、医学材料,直至工业包装、装潢装饰业等领域有巨大的应用潜力;而且与金刚石薄膜的制备相比而言,DLC薄膜具有制备方法简单、快捷和成本低、易于工业化推广的优点,即性能价格比较高。因此受到人们愈来愈多的关注。本文使用了电感耦合等离子体增强化学气相沉积（IC-PECVD）方法和介质阻挡等离子体增强化学气相沉积（DBD-PECVD）方法制备了DLC薄膜,选用CH4、C2H4和C2H2为放电气体,硅片为基底,通过红外光谱分析了DLC薄膜的成分,使用原子力显微镜（AFM）研究了薄膜的表面形貌和硬度,使用台阶仪测量了薄膜的厚度,得出了沉积速率;研究了不同生长条件对所合成的薄膜的微结构、表面形貌、沉积速率以及对薄膜的力学性能的影响。通过红外光谱分析知道薄膜的主要成分为CHx（x=1,2,3）基团;AFM结果表明,两种方法沉积DLC薄膜,以CH4为放电气体沉积的薄膜同等条件下,粗糙度比另外两种气体沉积的薄膜要小,硬度要高;对于IC-PECVD法沉积DLC薄膜,不同的放电气体、在放电腔体中的不同位置,沉积的薄膜的性能随沉积条件的变化规律不一致;对于DBD-PECVD法沉积DLC薄膜,不同的放电气体沉积的薄膜的性能随沉积条件的变化规律也不一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 第一章 类金刚石（DLC）薄膜的相关理论
• 1.1 等离子体的基本概念
• 1.1.1 等离子体的定义
• 1.1.2 等离子体的分类
• 1.1.3 描述等离子体的基本参量
• 1.2 类金刚石薄膜的生长机理模型
• 1.2.1 热峰模型
• 1.2.2 离子刻蚀模型
• 1.2.3 亚表面注入模型
• 1.3 电感耦合等离子体的基本原理
• 1.3.1 电感耦合等离子体的基本类型和特点
• 1.3.2 电感耦合等离子体的形成机理
• 1.4 介质阻挡放电（DBD）简介
• 1.4.1 介质阻档放电原理及物理过程
• 1.4.2 介质阻挡放电的电极结构
• 本章小结
• 第二章 实验方案及内容简介
• 2.1 实验方案
• 2.2 薄膜的表征及等离子体诊断方法简介
• 2.2.1 傅立叶红外吸收光谱分析（FTIR）
• 2.2.2 扫描电子显微（SEM）
• 2.2.3 原子力显微镜（AFM）
• 2.2.4 台阶仪
• 2.3 等离子体诊断方法
• 本章小结
• 第三章 IC-PECVD 法制备类金刚石薄膜
• 3.1 实验装置简介
• 3.2 实验过程简介
• 3.3 实验结果的表征
• 4 气体的实验结果'>3.3.1 CH₄气体的实验结果
• 2H₄ 气体的实验结果'>3.3.2 C₂H₄气体的实验结果
• 2 气体的实验结果'>3.3.3 C-2H₂气体的实验结果
• 本章小结
• 第四章 DBD-PECVD 法制备类金刚石薄膜
• 4.1 实验装置、方案及过程的简述
• 4.1.1 实验装置的简介
• 4.1.2 实验方案及过程简述
• 4.2 DBD-PECVD 法制备DLC 薄膜的表征
• 4.2.1 FTIR 结果
• 4.2.2 放电气压对薄膜性能的影响
• 4.2.3 电源频率对薄膜性能的影响
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢