不同前驅(qū)體氣體對DLC膜層的影響

在DLC膜層制備的過程中，都會使用到烴類的前驅(qū)體氣體，而不同的前驅(qū)體對膜層的性能有著不同的影響。

通過評估一系列烴類前驅(qū)體在膜層的硬度、結(jié)合力和沉積速率的影響。得到膜層硬度從乙炔的平均15GPa提高到丁烯的25GPa，同時保持了較高的沉積速率。

采用了8種不同的氣態(tài)烴前驅(qū)體進(jìn)行了膜層高硬度、沉積速率和結(jié)合力評價和表征。碳?xì)浠衔锉贿x擇包含單鍵、雙鍵和三鍵碳和前驅(qū)體分子中不同比例的氫/碳。所有的前驅(qū)體都使用相同的工藝條件進(jìn)行了評估。從圖1、2和表1可以看出，丁烯的結(jié)合力、硬度和沉積速率最佳。采用拉曼光譜法測定Sp3含量，采用氫正向散射法(HFS)測定氫含量。

然后對工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步顯著提高了硬度近50%，只有輕微的沉積速率的降低。根據(jù)分子的飽和度，在硬度數(shù)據(jù)中觀察到一個趨勢。完全飽和分子（甲烷和己烷）具有較高的硬度，而較少飽和分子的硬度較低，如三鍵乙炔的硬度最低，多雙鍵苯的硬度也較低。

圖1：不同碳前驅(qū)體氣體制備的膜層的硬度比較

圖2：不同碳前驅(qū)體氣體制備的膜層劃痕指數(shù)比較

甲烷和己烷的沉積速率最低，乙炔和苯的沉積速率最快，沉積速率也有這一趨勢。不飽和烴的高沉積速率可以解釋為pi鍵的更多的活性性質(zhì)和在等離子體中可能形成更多的活性自由基。

通過拉曼數(shù)據(jù)解釋，硬度降低的原因可能是前驅(qū)體中這些相同的pi鍵會導(dǎo)致形成更富含sp2的涂層。sp3含量和前驅(qū)體飽和度也有類似的變化趨勢，通過拉曼光譜測定的sp3含量隨前驅(qū)體飽和度的增加而增加。硬度隨前驅(qū)體氣體的氫含量降低而沒有增加的趨勢，這表明硬度以前驅(qū)體飽和度為主。結(jié)果表明，硬度主要由烴前體飽和而不是離子能或氫含量。

小結(jié)

根據(jù)烴類前驅(qū)體的選擇，可以控制硬度、沉積速率和結(jié)合力。根據(jù)碳?xì)淝膀?qū)體的飽和程度觀察到的規(guī)律，飽和碳?xì)淝膀?qū)體產(chǎn)生較硬的涂層，沉積速度較慢，而不飽和碳?xì)淝膀?qū)體產(chǎn)生較軟的涂層，沉積速度較快。