Si和F共掺杂的DLC:Si:F薄膜的结构和性能研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:sst3562008
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以Ar和CHF3为源气体,结晶SiC陶瓷靶为靶材,通过射频磁控溅射法,在不同的射频输入功率下,在双面抛光的316L不锈钢基底上沉积了系列Si和F共掺杂的DLC:Si:F薄膜。首先研究了膜厚对附着力的影响。不同功率下,薄膜太厚或太薄,均会导致薄膜的附着力下降,薄膜厚度在800nm左右附着力接近最佳;然后控制薄膜的厚度在800nm左右,探讨了厚度相近薄膜的附着力、摩擦系数、硬度和表面接触角随功率的变化规律;结合薄膜的红外和拉曼光谱分析,从影响薄膜附着特性和疏水特性的物理因素(主要有硬度和表面粗糙度)和化学因素(主要是薄膜的键结构即各原子(基团)的键合方式和各基团的含量)两方面探讨了射频输入功率对薄膜结构和性能的调制作用和调制机理。相关测试结果显示,样品薄膜的硬度和表面粗糙度相差并不大,但附着力差异较为明显。输入功率在190W左右制备的DLC:Si:F薄膜的附着力可达11N左右,明显高于氟化类金刚石薄膜(F-DLC);190W左右薄膜的水接触角也接近最大,疏水性稍逊于F-DLC薄膜,但疏水属性并未改变。可以推测,影响薄膜的附着力和疏水性能的主要因素为化学因素,即薄膜中各原子(基团)的键合方式和各基团的含量。通过薄膜的拉曼和红外光谱分析揭示了输入功率对DLC:Si:F薄膜结构和特性调制的机理。一方面输入功率会直接影响到空间Ar+离子的能量和SiC陶瓷靶的溅射产额,另一方面输入功率的高低会导致源气体CHF3的分解情况出现差异,使得空间中Si、C、-CF、-CF2、F*等基团的浓度出现很大的区别。F*基团会调制薄膜中Si-C键的含量、C网络的关联度。薄膜中F的含量(IC-F/IC-C),特别是HFC=C<振动与F2C=C<强度比(IHFC=C</IF2C=C<),直接影响了薄膜的相关特性。Si-C、C=C键的增加有助于薄膜附着力的明显改善,而F含量的减少则会降低薄膜的表面疏水性。控制输入功率可以实现对射频反应磁控溅射法制备的DLC:Si:F薄膜结构和性能的有效调制。本文的相关结论可以为薄膜的进一步开发和应用提供理论依据和技术支持。
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