[發明專利]ECR基板前置過濾網控制下的電子照射加工碳膜方法

有效

• 申請號: 201410140362.0
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103938175A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 刁東風;鄭煜東;范雪
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;深圳大學
• 主分類號: C23C14/46
• 分類號: C23C14/46;C23C14/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明屬于碳膜制備領域，具體涉及一種ECR基板前置過濾網控制下的電子照射加工碳膜方法。

背景技術

電子回旋共振(Electron?Cyclotron?Resonance，ECR)電子照射沉積石墨烯嵌層納晶碳膜是一種新型的薄膜材料，具有良好的電導率及磁特性，在電子觸控屏、太陽能電池以及微機電等領域顯示出巨大的應用潛力。但目前該種納晶碳膜尚存在粗糙度較大和不耐磨損等缺陷，這在一定程度制約了其在工程實踐上的運用范圍。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種ECR基板前置過濾網控制下的電子照射加工碳膜方法，該方法制備的ECR電子照射加工的碳膜保留原膜良好電學性能的同時表面光滑、耐磨。

為達到上述目的，本發明所述的ECR基板前置過濾網控制下的電子照射加工碳膜方法包括以下步驟：

1)將硅基片放入等離子體腔體中，然后將過濾網固定在硅基片的前端，并對等離子體腔體內進行抽真空，再將氬氣通入到等離子體腔體內，然后對等離子體腔體施加350～450A的磁線圈電流及100～300W的微波使腔體中的初始電子在磁場和微波的耦合作用下產生電子回旋運動，使通入的氬氣離化，得到氬等離子體；

2)對碳靶施加-300V～-200V的負直流偏壓，等離子體腔體中的氬離子經加速后轟擊碳靶，使碳靶中的碳原子團經過過濾網沉積到硅基片的表面，同時給硅基片與過濾網施加相同的20～100V的正電壓，使得碳膜沉積的同時受到通過過濾網處理后的電子照射，得碳膜。

所述硅基片的一端固定有導電的過濾網夾具，過濾網固定于所述過濾網夾具上，孔徑小于等于1mm。

步驟1)中對等離子體腔體內進行抽真空，再將氬氣通入到等離子體腔體內的具體操作為：對等離子體腔體抽真空，當真空度大于2～5×10^-4Pa后將氬氣通入到等離子體腔體中，使等離子體腔體內的氣壓大于2～6×10^-2Pa。

所述過濾網為表面預先涂覆有納晶碳膜保護層的304不銹鋼濾網。

所述碳原子團穿過過濾網在硅基片上沉積的碳膜厚度h＝5I_t，其中，I_t為碳靶上的電流，h為碳膜的厚度。

所述過濾網與硅基片間距小于等于15mm。

本發明具有以下有益效果：

本發明所述的ECR基板前置過濾網控制下的電子照射加工碳膜方法通過在硅基片的前端安裝過濾網，碳膜沉積的同時通過過濾網處理后的電子進行照射，克服了直接電子照射沉積容易出現的粗糙度較大，膜厚不易控制的缺點，具有重要的應用價值，碳膜的粗造度下降11.7％～94.6％，同時有效的提高了碳膜的摩擦學性能，并且磨損壽命長，較原先提升約2個數量級。

附圖說明

圖1為本發明中碳膜沉積過程的示意圖；

圖2為本發明傳統方法制備的的厚度為60nm的原碳膜的三維形貌圖；

圖3為本發明中第一實施例制備的厚度為60nm的碳膜的三維形貌圖；

圖4為本發明與傳統方法得到的碳膜的導電性能對比圖；

圖5為傳統方法得到的碳膜的pin-on-disk摩擦曲線；

圖6為本發明中第一實施例得到的碳膜的pin-on-disk摩擦曲線；

圖7為本發明中第三實施例得到的碳膜的pin-on-disk摩擦曲線；

圖8為本發明中傳統的304不銹鋼過濾網制備得到的樣品表面X射線電光子能譜(XPS)譜圖；

圖9為本發明中使用涂覆有碳膜保護層的304不銹鋼過濾網制備得到的樣品表面X射線電光子能譜(XPS)譜圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：

參考圖1，本發明所述的ECR基板前置過濾網控制下的電子照射加工碳膜方法包括以下步驟：

1)將硅基片放入等離子體腔體中，然后將過濾網固定在硅基片的前端，并對等離子體腔體內進行抽真空，再將氬氣通入到等離子體腔體內，然后對等離子體腔體施加350～450A的磁線圈電流及100～300W的微波使腔體中的初始電子在磁場和微波的耦合作用下產生電子回旋運動，使通入的氬氣離化，得到氬等離子體；

2)對碳靶施加-300V～-200V的負直流偏壓，等離子體腔體中的氬離子經加速后轟擊碳靶，使碳靶中的碳原子團經過過濾網沉積到硅基片的表面，同時給硅基片與過濾網施加20～100V的正電壓，使得碳膜沉積的同時受到通過過濾網處理后的電子照射，得碳膜。