Struktura a vlastnosti diamantových fólií vyrobených pulzně nevyhovující magnetronovou technologií

Struktura a vlastnosti diamantových fólií vyrobených technologií pulzního magnetronového rozprašování

Diamantové (DLC) filmy byly připraveny v případě, že pulzní nerovnovážné magnetronové naprašování na skleněných podložních sklíčkách a studovány účinky deplačního tlaku na tloušťku filmu, mikrostrukturu, mechanické vlastnosti a optické vlastnosti. Výsledky zkoušek tloušťky ukazují, že tloušťka DLC filmu se zvyšuje se zvyšujícím se tlakem depozice. Výsledky rentgenové fotoelektronové spektroskopie ukazují, že když se depoziční tlak zvyšuje z 0,18 Pa na 1,50 Pa, snižuje se obsah sp3 hybridního uhlíku v DLC filmu se zvyšujícím se depozičním tlakem. Výsledky nano-vrtacího a elipsometrického testu ukazují, že nano tvrdost a index lomu DLC filmu se snižují se zvyšujícím se depozičním tlakem. Účinky depozičního tlaku na růstovou a vazebnou strukturu tenkých vrstev byly analyzovány pomocí modelu mělkého vstřikování. Výše uvedené výsledky ukazují, že depoziční tlak má velký vliv na tloušťku DLC filmu, obsah sp3 hybridního uhlíku, mechanické a optické vlastnosti.

(diamant - jako uhlík DLC) tenký film je klíč (sp3) obsahující diamantovou strukturu metastabilní amorfní, amorfní uhlíkové materiály, komplexní výkon membrány je podobný diamantovému filmu, jako je vysoká tvrdost, nízký koeficient tření, vysoká tepelná vodivost a nízká dielektrická konstanta, vysoká širokopásmová mezera, infračervená propustnost, dobrá chemická stabilita a biokompatibilita a tak dále, a ve srovnání s teplotou depozice diamantového filmu nízká, vysoká výkonnost, membránový povrch drsnost je malý, výhody snadné přípravy, proto, že má dobrou aplikační perspektivu v oblasti strojů, elektroniky, optiky, medicíny a materiálů odolných proti korozi.

Vzhledem k tomu, že Aisenberg a Chabot poprvé v roce 1971 metodou depozice iontovým paprskem při pokojové teplotě (depozice iontového paprsku IBD) po přípravě DLC filmu, vyvinuli různé metody přípravy DLC filmu, jako je magnetronové naprašování, iontové paprsky asistované ukládání, depozice katodovým vakuovým obloukem, pulzní laserová depozice, radiofrekvenční záře výboje chemická metoda depozice par, elektronová cyklotronová rezonance, metoda chemické depozice v plynné fázi, metoda chemického depozice v plynné fázi, jako je fyzikální depozice z par (PVD) a chemická depozice par (CVD).

Magnetronové naprašování je jednou z nejčastěji používaných metod pro přípravu DLC fólií, s pozoruhodnými vlastnostmi, jako je rovnoměrná vrstva filmu, dobrá hustota, dobrá opakovatelnost procesu, vysoká rychlost nanášení a nízká teplota substrátu. Technologie, pokud se v posledních letech vyvinulo pulzní ne-rovnovážné magnetronové naprašování, kombinující výhody pulzního rozprašování a nerovnovážného magnetronového naprašování, se stalo uznávaným preferovaným postupem pro přípravu různých funkčních tenkých vrstev, včetně izolačních materiálů, a byl široce používán v laboratoři a průmyslu. Kromě výhod všeobecného nanášení magnetronovým naprašováním může tento způsob účinně eliminovat jev obloukového výboje a cílové otravy, účinně zlepšit strukturu, kvalitu a vlastnosti filmu a zlepšit adhezi mezi fólií a substrátem.

Kombinace DLC filmu ve formě kovalentní vazby mezi atomy uhlíku, chemickými vazbami jsou především sp2 a sp3 hybridizovaný klíčový hybridní klíč, dvě úrovně toho, kolik přímého dopadu na výkon DLC filmu: obsah sp3 hybridizačního klíče je vyšší, více se blíží povaze diamantové fólie, charakterizované hustotou membránové vrstvy, vysokou tvrdostí, dobrou odolností proti chemické korozi, šířkou pásu a vysokou odolností. S různými metodami depozice a parametry je obsah sp3 hybridní vazby v připraveném DLC filmu odlišný a výkon filmu bude značně odlišný. V tomto článku byly diamantové filmy připraveny pulzním magnetizačním rozprašováním. Byly studovány vlivy depozičního tlaku na tloušťku filmu, strukturu chemické vazby, mechanické vlastnosti a optické vlastnosti.

1. Experiment

Na skleněné podložní sklíčka byly naneseny diamantové (DLC) filmy za použití pulsní ne-rovnovážné magnetronové rozprašovací technologie se střední frekvencí s grafitem (čistota 99,99%) jako cílovým materiálem a argonem (čistota 99,99%) jako rozprašovací plyn. Vloží se do vakuové komory, nejprve se vyčistí acetonem, bezvodým alkoholem a deionizovanou vodou ultrazvukem po dobu 15 minut a pak se suší infračervenou lampou a umístí do vakuové komory. Po dosažení podtlaku 5,0 až 4 Pa se injektoval argon, aby se změnil stupeň vakua na 2,0 Pa, a pro přidání záporného předpětí 700V na substrát pro čištění rozprašováním po dobu 15 minut se použil zdroj pulzního předpětí (poměr výkonu 80%). ) k dalšímu odstranění nečistot a molekul oleje adsorbovaných na povrchu substrátu, čímž se výrazně zlepší stav rozhraní. Při procesu nanášení filmu byla vzdálenost cílové báze 90 mm, výkon při napájení naprašováním 290 W, frekvence byla 40 kHz a pracovní cyklus byl 80%, pulzní předpětí byl nastaven na 100V, frekvence 40 kHz, pracovní cyklus 80%, teplota substrátu byla pokojová teplota a depoziční tlak byl 0,18 Pa , 0,36 a, 0,72Pa, respektive 1,50 Pa.

Pro měření tloušťky připraveného DLC filmu byl použit přístroj Veeco Dektak 150 step. Systém analýzy povrchu kratos-xsam800 se používá pro analýzu rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) vzorků s použitím 13 kV 19 mA zdroje Al Ka rentgenového záření (1486,6 eV) a stupně vakua v analytické místnosti. je vyšší než 1 10-6 Pa. Nano-tvrdostní test byl dokončen na nano-vrtacím nástroji MTS (typ xp). Během nano-zářezu byly odebrány 3 body každého vzorku pro testování a pak byla střední hodnota nano-tvrdosti 3 bodů vzata jako průměrná nano-tvrdost každého vzorku. Optické konstanty tenkého filmu byly měřeny na m-2000 di spektroskopickém elipsometru vyráběném firmou JAW ollam ve Spojených státech, s rozsahem vlnových délek 600-1700nm.

2. Závěr

Diamantové filmy byly připraveny s argonem jako pomocným plynem a pomocí mezifrekvenční pulsní nerovnovážné magnetronové naprašovací technologie. Byl studován vliv depozičního tlaku na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti DLC filmů:

(1) Tloušťka DLC filmu se zvyšuje se zvyšujícím se depozičním tlakem.

(2) Výsledky XPS testu ukazují, že když se depoziční tlak zvyšuje z 0,18 na 1,50 Pa, snižuje se obsah sp3 hybridní vazby v DLC filmu se zvyšujícím se depozičním tlakem. Vliv sedimentárního tlaku na obsah sp3 hybridní vazby v DLC filmu lze vysvětlit "mělkým injekčním modelem".

(3) Výsledky nano-vrtacích zkoušek ukazují, že když se depoziční tlak zvýší z 0,18 Pa na 1,50 Pa, nano-tvrdost a pružná regenerace DLC filmu se s nárůstem depozičního tlaku sníží.

(4) Výsledky testů elipsometrie ukazují, že při stejné vlnové délce testu se index lomu DLC filmu snižuje se zvyšujícím se depozičním tlakem, což souvisí s obsahem hustoty filmu a hybridní vazbou sp3.

IKS PVD, technologie magnetronového rozprašování střední frekvence , kontaktujte nás nyní, iks.pvd @ foxmai.com