不同能级加速过滤电弧沉积四面体非晶碳膜的结构和性能

摘要

采用过滤阴极真空电弧技术,通过施加0-2000 V衬底负偏压使沉积离子获得不同能级的入射能量,在单晶硅上制备了四面体非晶碳薄膜.拉曼光谱分析表明,薄膜的结构为非晶sp3骨架中镶嵌着平面关联长度小于1 nm的sp2团簇.原子力显微镜研究表明:在低能级、富sp3能量窗口和次高能级,薄膜中sp3的含量越多,其表面就越光滑,应用sp3浅注入生长机制能够圆满地解释薄膜表面形态与离子入射能量之间的关系;但在高能级,具有适当入射能量的离子对表面将起到溅射平滑作用,甚至可以得到比sp3含量最高时均方根粗糙度更低的光滑表面.纳米压入测试表明,高能(-2000 V)沉积的四面体非晶碳膜具有比不加偏压时更高的硬度和杨氏模量,并具有比sp3含量最高时更高的临界刮擦载荷.