适用于SAW传感器的DLC/ZnO/Si，DLC/ZnO/金刚石多层膜研究

摘要

化学毒气是严重威胁人的生命安全的一类气体总称。因此，需要在有人工作和生活的环境中实时高效的检测周围气体中有毒成分的含量。特别是对那些极有可能发生中毒事件的高危地区。声表面波气体传感器以其高灵敏度，响应速度快，体积小，成本低，易携带等优点，在众多气体传感器中脱颖而出。特别是高Q值，无覆层的SAW气体传感器，有着更高的检测灵敏度。但是，无覆层SAW传感器的缺点是易受到水蒸气分子的影响，产生失真的噪声信号，在一定程度上影响了SAW传感器的精确度。类金刚石（DLC）薄膜具有高硬度，高电阻率，高热导率，低摩擦系数以及优异的化学稳定性和抗腐蚀能力。它极不亲和水分子的特性，也使得它可以有效的排除水蒸气的噪声干扰，提高无覆层SAW传感器的检测精度。同时，类金刚石膜的制备具有沉积温度低，沉积速率高，膜表面光滑平整，能大面积沉积，衬底选材广泛，设备简单等特点，也使其成为声表面波器件保护膜的最佳选择。本文采用磁激励射频等离子体增强化学气相沉积的方法（M-RF-PECVD），围绕着类金刚石的制备，做了以下工作：
　　 ⑴在室温下，分别在玻璃和硅（Si）衬底上沉积一层类金刚石薄膜。并通过扫描电镜（SEM），傅立叶红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（Raman）对类金刚石膜的一些特性进行了表征。从大量的实验数据中，总结出在反映压强为30Pa，入射功率为50W，CH4/Ar=5/90的实验条件下制备的含氢类金刚石薄膜表面平整，结构致密，膜基结合度良好，薄膜中以sp3键为主。
　　 ⑵以ZnO/Si和ZnO/金刚石多层膜结构为目标，首先采用磁控溅射法在Si和金刚石衬底上生长ZnO薄膜，然后再在ZnO/Si和ZnO/金刚石结构上，采用RFPECVD法沉积类金刚石膜，并对多层膜结构的各层进行了SEM表征。实验表明，多层膜结构中，各层膜结构之间的结合度良好。
　　 ⑶提出了在未抛光金刚石衬底上沉积类金刚石膜的设想，并做了初步的探索。结果表明，沉积DLC膜4个小时以后，金刚石生长面由于过于粗糙，没有明显变化。但是金刚石与衬底的接触面的形貌得到一定改善。
　　 ⑷本文对DLC膜的制备做了主要的研究，并通过一系列的测试，确定DLC膜的最佳制备工艺。对DLC/ZnO/Si，DLC/ZnO/金刚石和DLC/金刚石多层膜做了初步的探索。为低温沉积DLC膜的工艺以及无覆层SAW气体传感器的研究奠定了基础。