氟化类金刚石膜的制备、结构和性能的研究

摘要

该文尝试了以CHF<,3>、CH<,4>/CHF<,3>和C<,2>H<,2>/CHF<,3>为源气体,利用微波ECR等离子体源离子注入技术和等离子增强化学气相沉积技术来制备氟化类金刚石膜的方法,并对DLC薄膜和FDLC薄膜的结构和性能进行了分析和比较.研究了源气体的种类及流量比、微波功率、高压脉冲宽度、工作时间、工作温度、沉积偏压和不同基体等工艺参数对薄膜的结构和性能的影响,在此基础上,将PSII和CVD两种工艺相结合,选择CH<,4>/CHF<,3>为源气体,同时采用等离子体源离子注入技术,以CH<,4>为源气体,制备类金刚石膜作为薄膜与不锈钢基体之间的过渡层,制备了综合性能良好的氟化类金刚石膜,这种工艺是相对最优的制备氟化类金刚石膜的方法.论文采用傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、俄歇电子光谱、电子能谱和原子力显微镜等方法对所制备薄膜的结构和表面形貌进行了分析,分析结果表明:(1)实验所得的氟化类金刚石薄膜是非晶态膜,具有典型的类金刚石结构,表面粗糙度要低于类金刚石膜.(2)氟化类金刚石膜主要由-CH,-CH<,2>,-CF,-CF<,2>,-CF<,3>及少量的C=C、-CF<,x>组成.(3)源气体种类和流量不同,制备的薄膜结构不同.(4)不锈钢基体上制备的薄膜内部F浓度最大,而硅片上制备的薄膜表面F浓度最大.论文还通过测量薄膜与水的接触角来研究薄膜的憎水性能:用划痕法、摩擦磨损测试对薄膜结合力进行评估;通过动电位扫描法测极化曲线法来考察薄膜的耐蚀性能.研究结果表明:(1)CH<,4>/CHF<,3>流量比为1:3时,薄膜接触角最大,远远高于同流量比下C<,2>H<,2>/CHF<,3>制备的薄膜的接触角;薄膜的接触角还随着微波功率、高压脉冲宽度、沉积偏压、工作时间的增大和基体温度的降低而增大.(2)氟化类金刚石膜具有结合力强、硬度高、耐蚀性能好的优点.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1类金刚石膜

1.1.1类金刚石膜的结构

1.1.2类金刚石膜发展史

1.1.3类金刚石膜的制备方法

1.1.4类金刚石薄膜的性能和应用

1.1.5类金刚石膜技术存在的主要问题

1.2研究课题的提出

1.3课题研究内容

2氟化类金刚石膜的制备和表征方法

2.1制备方法

2.1.1微波ECR等离子体源的原理和特点

2.1.2 PSII技术

2.1.3 ECR-PECVD 技术

2.2氟化类金刚石膜的表征方法

2.2.1傅立叶变换红外吸收光谱(FT-IR)

2.2.2拉曼光谱(Raman)

2.2.3俄歇电子能谱(AES)

2.2.4扫描电子显微镜-电子能谱分析（SEM）和透射电子显微镜衍射（TEM）

2.2.5原子力显微镜分析(AFM)

2.2.6憎水性能的测试

2.2.7硬度的测试

2.2.8结合力的测试

2.2.9耐蚀性能的测试

2.3本章小结

3实验设备和工艺

3.1实验设备

3.2实验材料的选择

3.3实验前处理

3.4全方位离子注入(PSII)制备氟化类金刚石膜

3.4.1工艺流程

3.4.2工艺参数的选择

3.5微波等离子体辅助化学气相沉积(CVD)制备氟化金刚石膜

3.5.1工艺流程

3.5.2工艺参数的选择

3.6 PSII+CVD两种方法结合制备氟化金刚石膜

3.6.1工艺流程

3.6.2工艺参数的选择

3.7过渡层的制备

3.7.1硅膜过渡层

3.7.2类金刚石膜过渡层

3.8四种工艺方法的比较

3.9本章小结

4氟化类金刚石膜的结构表征

4.1傅立叶变换红外吸收光谱分析

4.1.1 PSII工艺参数对FDLC膜结构的影响

4.1.2 CVD工艺参数对FDLC膜结构的影响

4.1.3 PSII+CVD工艺参数对FDLC膜结构的影响

4.1.4过渡层对FDLC膜结构的影响

4.2拉曼光谱分析(Raman)

4.3俄歇电子能谱分析(AES)

4.4电子能谱分析

4.5本章小结

5氟化类金刚石膜性能的测试和表面形貌的分析

5.1憎水性能分析

5.1.1 PSII工艺参数对薄膜接触角的影响

5.1.2 CVD工艺参数对薄膜接触角的影响

5.1.3不同过渡层对薄膜接触角的影响

5.1.4不同制备方法对薄膜接触角的影响

5.2耐蚀性能的测试

5.3表面形貌分析

5.3.1透射电子显微镜衍射(TEM)

5.3.2扫描电子显微镜(SEM)

5.3.3原子力显微镜(AFM)

5.4硬度和结合力的分析

5.4.1显微硬度

5.4.2薄膜结合力测试

5.4.3摩擦磨损

5.5本章小结

6结论

参考文献

致谢

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