等离子体增强化学气相沉积类金刚石薄膜的研究

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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感应耦合等离子体的基本类型和特点

1.3.2感应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

3.3.1 CH4气体的实验结果

3.3.2 C2H4气体的实验结果

3.3.3 C2H2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