沉积角度对激光沉积类金刚石膜的影响

2014-10-25 郭延龙 武汉军械士官学校光电技术研究所

  在光学级双面抛光硅衬底上,采用准分子KrF 激光,保持激光单脉冲能量700 mJ 和激光功率密度8.27 × 108W/cm2不变,通过倾斜衬底的方法,在沉积角度(等离子体中粒子的飞行方向与衬底表面法线的夹角) 分别为0°,20°和40°三种条件下沉积出三个类金刚石(DLC) 膜样品。测试分析了不同沉积角度下DLC 膜样品的红外透过率、纳米硬度、弹性模量及拉曼光谱。发现沉积角度从0°增加到40°的过程中,沉积角度越大,DLC 膜的透过率越低,光学吸收越大,纳米硬度和弹性模量也越小,拉曼光谱的分峰结果中D峰与G峰的积分强度比ID/IG逐渐变大,G 峰半高宽变小,说明膜中金刚石相( sp3 键) 含量逐渐减小。利用“浅注入”理论分析了沉积角度对DLC 膜性能的影响机理,从而揭示了激光沉积大面积平面及球面DLC 膜时衬底不同位置DLC 膜性能不一致的机理。

  类金刚石( DLC) 膜而且更具着高硬度标准、高防浸蚀性、低挤压弹性系数、高耐浸蚀性、高电阻燃性、高传热性和光学玻璃仪器透明体性等良好特别,由于在力学结构、光学玻璃仪器、电学、热学等各个领域喜欢并适用。在制取DLC 膜的各类的办法步骤中,脉冲信号亚铁阴阳离子束器形成积聚法愈来愈越受尊重,这是正因为该的办法步骤更具着无氢、碳亚铁亚铁阴阳离子电能高、方便于夹杂等特别。当亚铁阴阳离子束器形成积聚DLC 膜和珍珠棉时,对待大的面积单面衬底和球面镜衬底,三天两头会出现衬底有不一致性 地点形成积聚出的膜和珍珠棉使用能力不统一的困难。衬底的有不一致性 地点,与靶材的远差距感有不一致性 ,形成积聚方面来也有不一致性 。那么到底是与靶材的远差距感印象了DLC 膜的使用能力,也是形成积聚方面来( 等亚铁亚铁阴阳离子体中阴阳离子的飞机大方向与衬底表明法线的顶角) 印象了使用能力? 至少的情况一种缺泛深入基层的论述。真空体技巧网(//crazyaunt.cn/)而言与光电子束形成积聚等设施比较,亚铁阴阳离子束器形成积聚膜和珍珠棉设施中的靶材与衬底远差距感更近,由于对待衬底有不一致性 地点,形成积聚方面来更具着大些的不一致性,更要求不断加强形成积聚方面来对膜和珍珠棉使用能力印象的论述。这对待DLC 膜的工业生产适用会比较重点。论文按照倾角衬底而不会是手机端或倾角靶材来调整形成积聚方面来,由于等亚铁亚铁阴阳离子体的电能和生长没受印象。

1、实验

  实验在自研的多功能真空装置中进行。沉积时真空度为1.2 × 10 -3 Pa。采用KrF 准分子激光器,激光波长248 nm,脉宽20 ns,重复频率50 Hz。采用焦距为0. 5 m 的凸透镜,将激光聚焦入射到靶材上,入射角为45°。靶材上光斑面积为0.0423 cm2,激光能量为700 mJ 时靶材上激光功率密度为8.27× 108 W/cm2。为了避免靶材粗糙化和等离子体偏斜,采用激光在旋转的靶材上扫描的技术。

  衬底采用Φ25.4 mm × 3 mm 的光学级双面抛光硅衬底。靶材中心与衬底中心的间距始终为11cm 不变。沉积之前,用氩离子溅射清洗硅衬底。采用了一个特制的衬底台,它可以沿一条水平轴旋转,从而改变沉积角。沉积角定义为衬底表面法线与碳离子飞行方向( 等离子体中轴线) 的夹角。沉积时衬底不运动。无论在哪种沉积角度下,衬底中心都始终位于等离子体中轴线上。1 #样品的沉积角是0°,激光脉冲数是12 × 104 个;2 #样品的沉积角是20°,激光脉冲数是16.5 × 104个;3#样品的沉积角是40°,激光脉冲数是20 × 104个。因为3#样品的沉积速率最低,因此激光脉冲数最多,沉积时间最长,以保证三个样品薄膜厚度接近。根据红外透过光谱计算出DLC 膜物理厚度为0.925 μm,采用TFC光学膜系设计软件拟合,得出DLC 膜折射率约为2.6,物理厚度约为0.356 μm。图1 是三个样品沉积角度的示意图。

三个样品的沉积角度示意图

图1 五个样品管理的火成岩视角图示图

3、结论

  适用脉宽激光手术手术积累法,区别在0°,20°和40°的积累视场角看下分离纯化了一系列DLC 膜。检测的了聚酰亚胺膜的红外穿过率、nm密度、拉曼光谱介绍,学习了什么和什么与积累视场角看的相互影响。察觉到随着时间推移积累视场角看的减少,DLC 膜的消光弹性系数减少,nm密度加入,sp3 键含锌量加入。应用软件“浅加入”说法定义了其基本原理,科学试验可是与说法介绍相一致。表明在激光手术手术积累DLC 膜的过程 中,想必关注着减少积累视场角看,可适用加强靶材与衬底远距离等安全措施来减少积累视场角看。