[發(fā)明專利]基于螺旋波等離子體技術(shù)制備氮摻雜類金剛石薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711472724.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN108085657B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳佳麗;錢嘉偉;金成剛;吳雪梅;諸葛蘭劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/26
• 分類號(hào): C23C16/26;C23C16/505
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;胡益萍

本發(fā)明涉及一種基于螺旋波等離子體技術(shù)制備氮摻雜類金剛石薄膜的方法，包括以下步驟：（1）清洗Si襯底，將清洗后的Si襯底固定在沉積室內(nèi)的基片臺(tái)上；（2）將高純Ar氣體從放電室的左端通入到放電室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)螺旋波等離子體放電，形成Ar等離子體；（3）向沉積室內(nèi)通入高純CH₄氣體和高純N₂氣體，Ar等離子體將高純CH₄氣體和高純N₂氣體離化，在Si襯底上形成氮摻雜類金剛石薄膜；（4）關(guān)閉射頻電源和所有氣源。本發(fā)明氮摻雜類金剛石薄膜沉積速度快；沉積的薄膜氮摻雜類金剛石薄膜表面平整、均勻、致密，沉積質(zhì)量好；氮摻雜類金剛石薄膜的純度高，薄膜的內(nèi)應(yīng)力降低，提高了薄膜與基體之間的附著力，提高了薄膜強(qiáng)度；設(shè)備簡(jiǎn)單，工業(yè)生產(chǎn)上容易實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種類金剛石薄膜的制備方法，尤其涉及一種基于螺旋波等離子體技術(shù)制備氮摻雜類金剛石薄膜的方法。

背景技術(shù)

類金剛石（diamond-like carbon,DLC）薄膜是一類含有金剛石結(jié)構(gòu)和石墨結(jié)構(gòu)的非晶或納米晶碳膜的總稱。因此，它具有一系列與金剛石相似的非常優(yōu)異的性能。如高的硬度、低的摩擦系數(shù)、極好的耐腐蝕性能、好的生物相容性、好的聲學(xué)性能、好的光學(xué)性能以及較寬的禁帶寬度等，因此在軍事工業(yè)、航天、航空、機(jī)械、電子、汽車、生物醫(yī)學(xué)、五金等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。它可大幅度降低材料的表面磨損、提高對(duì)部件的潤(rùn)滑性能，也可提高材料的耐腐蝕性能，同時(shí)具有良好的外觀性。

然而由于DLC薄膜的內(nèi)應(yīng)力高、韌性低、脆性高、熱穩(wěn)定性差等問(wèn)題，制約著DLC薄膜應(yīng)用。因此，降低DLC薄膜內(nèi)應(yīng)力，提高膜強(qiáng)度，改善韌性、熱穩(wěn)定性和對(duì)環(huán)境條件的敏感性是廣大研究者的追求目標(biāo)。研究表明，氮摻雜的類金剛石薄膜可能改變其力學(xué)、光學(xué)及電學(xué)等性能。氮化可使類金剛石薄膜的機(jī)械性能得以改善，例如降低內(nèi)應(yīng)力，增加耐磨性、硬度和剛度等，從而可用于軸承、密封原件及許多其他機(jī)械零件的表面強(qiáng)化與防護(hù)。光學(xué)性能方面，已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻氮能顯著提高類金剛石薄膜的光致發(fā)光強(qiáng)度，改善其紅外透過(guò)率，所獲得薄膜可成為航空、航天科技中某些關(guān)鍵部件的首選材料。電學(xué)性能方面，摻氮可改善類金剛石薄膜的導(dǎo)電性能及場(chǎng)發(fā)射性能，從而拓展了其作為一種新型的半導(dǎo)體材料及冷陰極材料在光電方面和平板顯示技術(shù)方面的應(yīng)用。總之，氮摻雜類金剛石薄膜因其在力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)等方面具有優(yōu)良的性能具有廣泛的應(yīng)用前景。所以近年來(lái)，研究者對(duì)類金剛石薄膜的氮化產(chǎn)生了廣泛關(guān)注。目前，氮摻雜類金剛石已成為類金剛石薄膜研究、開發(fā)、應(yīng)用的主要對(duì)象。

在制備技術(shù)方面，總體可以分成兩大類：物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）。物理氣相沉積法有熱蒸發(fā)沉積和濺射沉積兩種：熱蒸發(fā)有激光蒸發(fā)、電弧蒸發(fā)和電子束加熱等方法；濺射沉積是用高能粒子轟擊靶物質(zhì)(石墨)，與靶表面原子發(fā)生彈性或非彈性碰撞，結(jié)果部分靶表面原子或原子團(tuán)簇蒸發(fā)出來(lái)，沉積在基底(襯底)上形成薄膜。根據(jù)氣體的離化和等離子體的產(chǎn)生方法，濺射沉積又分為離子束濺射、直流濺射、磁控濺射、射頻濺射等方法。化學(xué)氣相沉積方法沉積是在高溫條件下通過(guò)反應(yīng)過(guò)程，在基底上形成類金剛石薄膜的方法，常用的化學(xué)氣相沉積類金剛石的方法有：直流輝光等離子體和射頻光輝等離子體法，但是這些方法具有設(shè)備昂貴、真空要求高、工藝條件復(fù)雜、工藝參數(shù)難控制等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于螺旋波等離子體技術(shù)制備氮摻雜類金剛石薄膜的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于螺旋波等離子體技術(shù)制備氮摻雜類金剛石薄膜的方法，包括以下步驟：

（1）清洗Si襯底，將清洗后的Si襯底固定在沉積室內(nèi)的基片臺(tái)上，將放電室和沉積室均抽至本底真空；

（2）將高純Ar氣體從放電室的左端通入到放電室內(nèi)，在軸向磁場(chǎng)環(huán)境中，打開射頻電源，實(shí)現(xiàn)螺旋波等離子體放電，形成Ar等離子體，Ar等離子體運(yùn)動(dòng)至Si襯底上,使用Ar等離子體清洗基片臺(tái)和Si襯底；