【摘 要】
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类金刚石（Diamond-like carbon,DLC）薄膜具有优异的力学、摩擦、光学等性能。此外,DLC作为微技术应用中的压阻材料有很大的潜力,相比于金属薄膜,具有更高的压阻灵敏系数。本文采用磁控溅射技术,通过调控沉积参数及元素掺杂复合等技术手段,调控DLC薄膜电学、力学、表面摩擦及亲和性等特性,系统组合不同特性的DLC薄膜构建集压阻传感和表面硬质防护一体化碳基薄膜传感器。主要获得了如下研究结
【基金项目】
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政府间国际科技创新合作重点专项 “面向智能制造的多功能薄膜传感器关键技术联合研发（2017YFE0125400 ）”；
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类金刚石（Diamond-like carbon,DLC）薄膜具有优异的力学、摩擦、光学等性能。此外,DLC作为微技术应用中的压阻材料有很大的潜力,相比于金属薄膜,具有更高的压阻灵敏系数。本文采用磁控溅射技术,通过调控沉积参数及元素掺杂复合等技术手段,调控DLC薄膜电学、力学、表面摩擦及亲和性等特性,系统组合不同特性的DLC薄膜构建集压阻传感和表面硬质防护一体化碳基薄膜传感器。主要获得了如下研究结论:（1）类金刚石压阻层制备与性能研究:采用磁控溅射技术,通过调节偏压,调控粒子能量,获得不同碳结构的DLC薄膜。研究碳结构对DLC薄膜压阻性能的影响。以及不同Si含量的掺入,对DLC薄膜压阻性能的影响。厚度对DLC薄膜压阻性能的影响。结果表明:偏压为200V制备的DLC薄膜,sp3含量最高,电阻率最大,压阻灵敏系数Kp值也最大。同时薄膜中的孔洞缺陷对压阻灵敏系数有很大影响。Si掺入,薄膜中sp3含量增加,导电的sp2团簇减少,薄膜压阻灵敏系数Kp值减小,但是Kp值相对更稳定。DLC薄膜随着膜厚的增加,sp2含量增加,电阻减小,压阻灵敏系数Kp值减小。DLC薄膜经过重复性加载多次后,会根据载荷的大小,发生不同程度的石墨化,这也是DLC薄膜Kp值重复性不好的原因。（2）类金刚石绝缘层制备与研究:采用磁控溅射技术,研究了不同O含量对绝缘层SiOX-DLC涂层结构和性能的影响。绝缘层电阻率可达到9.42×10-8Ω·cm,主要是因为Si和O以SiO2的形式固溶在C-C的网状结构中,而SiO2是绝缘的,从而增加涂层的电阻。同时降低涂层应力,可作为过渡层,提高导电层与基体的结合力。（3）耐磨抗黏附类金刚石表层制备与研究:采用磁控溅射技术,研究了F含量对表层F-DLC涂层结构和性能的影响。在F-DLC涂层中,由于C-C网状结构被掺入的F局部中断,导致涂层的硬度和弹性模量降低。表层F-DLC涂层随着F含量的增加,-CF2官能团增加,接触角增大,最大可达109°。（4）碳基整体器件的制备与研究:将绝缘层SiOx-DLC涂层、导电层DLC薄膜、表层F-DLC涂层整合在一起,绝缘层与导电层之间镀上Cu电极,成功制备整体器件。镀上绝缘层后,电信号传输更稳定,故整体器件的压阻稳定性更好。
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