一种钨掺杂类金刚石薄膜的制备方法技术

技术编号:15520038 阅读:214 留言:0更新日期:2017-06-04 09:42
本发明专利技术公开了一种钨掺杂类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)将经过丙酮、酒精、去离子水等严格超声波清洗的衬底置于载物台上。(2)钨W、石墨C两靶材分别置于两个靶基座上,分别进行起辉溅射。(3)通入氩气,辉光放电,Ar+离子轰击靶材,以达到清除靶材表面杂质和氧化物的目的。(4)衬底在镀膜之前进行200C°‑400C°的加热。(5)在进行镀膜过程中,先在C靶上进行镀膜,而后转到W靶上,再转到C靶上,如此反复,达到制备高性能W掺杂类金刚石薄膜。

Method for preparing tungsten doped diamond-like carbon film

The invention discloses a method for preparing tungsten doped diamond film, which comprises the following steps: (1) the substrate in an acetone, alcohol and deionized water as strict ultrasonic cleaning on the stage. (2) tungsten, W and graphite C two targets were placed on two target substrates respectively, respectively. (3) through the argon, glow discharge, Ar+ ion bombardment target, in order to remove the target surface impurities and oxides. (4) heating substrate 200C DEG 400C DEG in before coating. (5) in the process of coating, the film is coated on the C target, then transferred to the W target, and then transferred to the C target, so repeated, to achieve the preparation of high-performance W doped DLC films.

【技术实现步骤摘要】
一种钨掺杂类金刚石薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种钨W掺杂类金刚石薄膜的制备方法,其主要用于航空航天领域,涉及到器件的磨损,硬度等方面,属于薄膜与器件领域。
技术介绍
类金刚石DLC是一种主要由sp3和sp2键组成的混杂亚稳态碳材料。由于具有与金刚石膜(DF)相类似的性能--优异的机械特性、电学特性、光学特性、热学和化学特性等等,因此得到国内外较多人员的极大兴趣。对于类金刚石薄膜来说,金刚石相(sp3)含量的多少直接决定着薄膜的强度,但如果单纯的只含有sp3相其相应内应力也较大,不利于后续薄膜在器件上的使用。国内外较多学者通过掺杂在不减少sp3含量的情况下能很有效的降低薄膜的内应力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钨掺杂类金刚石薄膜的制备方法,通过适量的W掺杂在不改变薄膜sp3含量的情况下大幅降低薄膜的内应力,以利于薄膜在器件中的使用。本专利技术采用了一下技术方案:一种钨掺杂类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)选用玻璃为衬底材料,分别用丙酮、酒精、去离子水对衬底进行严格的超声波清洗,以达到去除衬底表面杂质和油污等,并用热风吹干;(2)溅射腔室中分别采用钨W、石墨C为单独靶材;(3)用Ar+离子轰击靶材3-5分钟,达到清洗和活化靶材的目的;(4)把经过清洗的衬底放入溅射腔室,对衬底进行加温,温度在200°-400°衬底加热,目标是为了掺杂物更好的掺入到类金刚石薄膜中;(5)在溅射腔室真空度抽至10-5Pa时,通入氩气,使钨W、石墨C两靶同时起辉,进行3-5分钟的预溅射,除去两靶材表面的杂质、污物;(6)进行溅射镀膜时,将衬底在两靶材溅射位置上分别交替进行分层磁控溅射镀膜,即C靶-W靶-C靶-W靶-C靶如此反复磁控溅射镀膜,根据薄膜性能要求,最终确定每个靶材工艺参数和反复次数;上述技术方案中,所用衬底可以为玻璃、Si片,不锈钢等任一种基材。进行溅射镀膜时两靶材的工艺参数分别为:W靶:功率50~300W,工作气压0.2~1.5Pa,溅射时间5~20min,偏压-50~-200W;石墨靶:功率50~300W,工作气压0.5~2.0Pa,溅射时间10~60min,偏压-50~-200W;进行磁控溅射镀膜,镀膜后直接获得不同性能的W掺杂DLC薄膜。W和C靶可单独进行工艺参数的控制,以制成不同用途及性能特征的钨掺杂类金刚石薄膜。本专利技术的有益效果体现在:1)可以各种衬底材料为基底,降低对基材的要求2)分别改变W、C两靶的工艺参数,可制备不同性能的W掺杂DLC薄膜;3)制备工艺简单,参数可控性较强,两块靶材即可实现不同性能、不同掺杂量的DLC薄膜的制备。具体实施方式下面结合具体实验过程对本专利技术做进一步的详细说明:实施例1:以高纯度99.99%的钨W和石墨C作为溅射靶材,以玻璃为衬底,首先按照常规方法分别用丙酮、酒精、去离子水对衬底材料进行超声波清洗,以去除表面油脂和污物,而后用热风吹干,然后把其放入磁控溅射腔室中,对衬底进行加温,温度在200C°-400C°。溅射腔室中分别采用钨W、石墨C为单独靶材,并用Ar+离子轰击靶材3-5分钟。在溅射腔室真空度抽至10-5Pa时,通入氩气,使钨W、石墨C两靶同时起辉,进行3-5分钟的预溅射,除去两靶材表面的杂质、污物;在溅射腔室中真空度达到1.0*10-5Pa时,通入溅射气体氩气,将衬底放置在C靶溅射位置后,使C靶起辉,功率100w,同时将位于C靶溅射位置的衬底基片上加偏压-100V,基片温度为300°,使工作气压保持在0.5Pa,溅射时间10min。而后W靶起辉,把基材转向W靶溅射位置,功率50w,偏压-50w,气压0.2Pa,溅射时间5min,C靶和W靶如此交替反复溅射镀膜,总计镀5层薄膜,最终直接获得W掺杂DLC薄膜。实施例1所制样品的的检测结果如下:粗糙度小为7.99nm,纳米硬度H为18Gpa,弹性模量E为200Gpa。实施例2:以高纯度W和石墨作为溅射靶材,以玻璃为衬底材料,首先按照常规方法分别用丙酮、酒精、去离子水对衬底材料进行超声波清洗,以去除表面油脂和污物,而后用热风吹干,然后把其放入磁控溅射腔室中,对衬底进行加温,温度在200C°-400C°。溅射腔室中分别采用钨W、石墨C为单独靶材,并用Ar+离子轰击靶材3-5分钟。在溅射腔室真空度抽至10-5Pa时,通入氩气,使钨W、石墨C两靶同时起辉,进行3-5分钟的预溅射,除去两靶材表面的杂质、污物;当溅射腔室中真空度达到1.0*10-5Pa时,通入溅射气体氩气,使C靶起辉,功率200w,同时在基片上加偏压-150V,基片温度为400°,使工作气压保持在1.0Pa,溅射时间30min;而后W靶起辉,把基材转向W靶,功率100w,偏压-100w,气压0.5Pa,溅射时间20min,如此反复,总计镀3层薄膜,最终直接获得W掺杂DLC薄膜。实施例3:以高纯度W和石墨作为溅射靶材,以玻璃为衬底材料,首先按照常规方法分别用丙酮、酒精、去离子水对衬底材料进行超声波清洗,以去除表面油脂和污物,而后用热风吹干,然后把其放入磁控溅射腔室中,对衬底进行加温,温度在200C°-400C°。溅射腔室中分别采用钨W、石墨C为单独靶材,并用Ar+离子轰击靶材3-5分钟。在溅射腔室真空度抽至10-5Pa时,通入氩气,使钨W、石墨C两靶同时起辉,进行3-5分钟的预溅射,除去两靶材表面的杂质、污物;当溅射腔室中真空度达到1.0*10-5Pa时,通入溅射气体氩气,使C靶起辉,功率300w,同时在基片上加偏压-200V,基片温度为200°,使工作气压保持在2.0Pa,溅射时间20min,而后W靶起辉,把基材转向W靶,功率80w,偏压-80w,气压0.5Pa,溅射时间5min,如此反复,总计镀7层薄膜,最终直接获得W掺杂DLC薄膜。上述三个实施例仅是本专利技术的普通实施方式,详细说明了本专利技术的技术构思和实施要点,并非是对本专利技术的保护范围进行限制,凡根据本专利技术精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰,均应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨掺杂类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)选用玻璃为衬底,分别用丙酮、酒精、去离子水对衬底进行超声波清洗,以去除衬底表面杂质和油污,然后并用热风吹干;(2)溅射腔室中采用钨W、石墨C为单独靶材;(3)用Ar

【技术特征摘要】
1.一种钨掺杂类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)选用玻璃为衬底,分别用丙酮、酒精、去离子水对衬底进行超声波清洗,以去除衬底表面杂质和油污,然后并用热风吹干;(2)溅射腔室中采用钨W、石墨C为单独靶材;(3)用Ar+离子轰击靶材3-5分钟,以清洗和活化靶材;(4)把经过清洗的衬底放入溅射腔室,对衬底进行加温,温度在200C°-400C°;(5)在溅射腔室真空度抽至10-5Pa时,通入氩气,使钨W、石墨C两靶同时起辉,进行3-5分钟的预溅射,除去两靶材表面的杂质、污物;(6)进行溅射镀膜时,将衬底在两靶材溅射位置上分别进行分层磁控溅射镀膜,即C靶-W靶-C靶-W靶-C靶的位置上如此反复磁控溅射镀膜,进行溅射镀膜时两靶材的工艺参数分...

【专利技术属性】
技术研发人员:彭寿沈洪雪甘治平李刚姚婷婷杨勇金克武
申请(专利权)人:蚌埠玻璃工业设计研究院中国建材国际工程集团有限公司
类型:发明
国别省市:安徽,34

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