一种提高掺杂类金刚石膜层质量的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高掺杂类金刚石膜层质量的方法，在工件上等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层之前，在所述工件周围设置屏蔽装置，所述屏蔽装置具有开口，且所述开口正对等离子体出口；在等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层过中，所述屏蔽装置不随所述工件旋转，但与所述工件等电位。本实施例提供的方法，主要是在沉积过程中，通过在旋转的工件周围设置，使其屏幕工件圆周附近等离子体密分布极度不均匀的位置，只接收正对等离子体出口位置的等离子体密度强的离子沉积，最终获得的膜层均匀性和膜层结合力等有着大幅的提升，非常适合工业化大批量生产。

Method for improving quality of doped diamond-like carbon film

The invention relates to a method for improving the quality of the doped diamond-like carbon film on the workpiece, before the plasma chemical vapor deposition diamond doped DLC film, shielding device is arranged around the workpiece, the shielding device is provided with an opening, and the opening is in the export of plasma; plasma chemical vapor deposition of diamond films doped in class the shielding device, with the rotation of the workpiece and the workpiece, but the potential. This method provides examples, mainly in the deposition process, by setting around the rotation of the workpiece, the workpiece circular screen near the plasma density distribution is extremely uneven, ion deposition plasma density is only receiving strong plasma outlet position, the final film obtained uniformity and film adhesion is dramatically, very suitable for industrial mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种提高掺杂类金刚石膜层质量的方法
本专利技术表面处理
，尤其涉及一种提高掺杂类金刚石膜层质量的方法。
技术介绍
碳基涂层如四面体类金刚石(ta－diamond-likecarbon，简称ta－DLC)薄膜是以碳为基本元素构成的一种非晶材料。类金刚石薄膜(DLC)它在结构上属于非晶亚稳态结构的无定形碳，是由sp3杂化和sp2杂化碳组成：薄膜中sp3结构决定了类金刚石薄膜具有诸多类似于金刚石的优良特性，而sp2结构决定了类金刚石薄膜又具有很多石墨的特性，国际上将硬度超过金刚石硬度20％的绝缘硬质无定形碳膜称为类金刚石膜。在制备工艺方面，类金刚石薄膜(DLC)沉积温度较低，沉积面积大，膜面光滑平整，工艺相对成熟。在实际应用方面，由于DLC薄膜在真空条件下和低温下均具有良好的润滑耐磨性能，因此可有效解决某些特殊工况下活动零部件表面润滑等的技术难题。碳基厚膜现阶段主要采用化学气相沉积法(Chemicalvapordepositionmethod，CVD)，包括直流辉光放电等离子体CVD、射频辉光放电等离子体CVD、电子回旋CVD、高强度直流电弧等离子体沉积、激光等离子体沉积、直流等离子体辅助沉积和微波等离子体辅助沉积法等；据调研，现有利用磁控溅射或者离子镀的方法来沉积碳基膜层的速率不高于40nm/min，在工艺条件允许的情况下沉积得到30μm的碳基至少需要13小时的时间，但现实情况是利用这种方法很难重复稳定的制备超过20μm的碳基膜层，碳基膜层本身依然存在很高的内应力及沉积速率偏慢的问题。现CVD方法提高碳基膜层厚度减小内应力以及提高沉积速率的主要方式是提高含碳气体的进气量以及通入杂质气体(现掺杂的元素多为非金属元素，有极少种类的含金属元素的气体)，但在碳基膜层沉积速率方面提高幅度有限，而且由于气体的增加真空室特别容易污染；在应力改善方面金属元素的掺杂更能够释放膜层本身应力但局限于含金属气体种类少，同时含金属种类气体不易操作，安全系数偏低。众所周知，如在进气量方面通常情况下CVD方法工作气压一般在1Pa～103Pa之间，电子密度一般范围在1010～1021/m3之间，随着气量的增加体密度会达到饱和，同时电子的平均自由程会减小含碳气体的电离效率会趋于稳定，所以在碳基膜层的沉积速率方法很难有大的突破。但在金属作为阴极发生弧光放电过程中由阴极产生等离子体，在阴极附近等离子体中的离子密度最高可超过1024/m3，考虑到金属的多价态，其中电子密度一般比离子密度更高，这比化学气相沉积过程中等离子体浓度要高3-10个数量级，利用金属等离子体作为电离源，同时添加一个等离子体的传输通道，增加电子或离子与气体的作用时间，含碳气体的电离效率可能会有质的提升。工业化生产基于弧光放电技术的磁过滤等离子体沉积方法制备厚含氢金刚石膜层时由于工件的自转，在工件表面由于等离子体密度的极度不均匀，造成工件圆周附近碳等离子体密度分布极度不均匀，最后导致膜层质量很难达到固定沉积时所达到的膜层质量，如膜层硬度，sp3含量，摩擦系数等。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种提高掺杂类金刚膜层质量的方法，在工件上等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层之前，在所述工件周围设置屏蔽装置，所述屏蔽装置具有开口，且所述开口正对等离子体出口；在等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层过中，所述屏蔽装置不随所述工件旋转，但与所述工件等电位。优选地，所述屏蔽装置开口的开口角度可调。优选地，所述屏蔽装置开口的开口角度为60°～180°。相对于现有技术，本专利技术实施例具有以下优势：1、可选择性沉积等离子体密度为某定值的等离子体。2、膜层硬度及摩擦系数可控制，不受真空室内工件周围环境的影响。3、膜层中元素的比例可通过外部设备参数精确调控。附图说明构成本专利技术实施例部分的附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。图1为本专利技术实施例提供的屏蔽装置结构示意图；图2为对工件膜层进行性能测试时选取的测试点示意图附图标记说明:1—屏蔽装置本体；2—开口。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明，但并不意于限制本专利技术的保护范围。此外，还需要说明的是，本部分对本专利技术实验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本专利技术目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本专利技术仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本专利技术所用材料和操作方法是本领域公知的。实施例一为解决目前工件周围膜层脆性和结合力偏差，不符合工业应用要求的问题，本实施例提供了一种提高掺杂类金刚石膜层质量的方法，在工件上进行等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层之前，在旋转工件周围设置屏蔽装置。图1为本专利技术实施例提供的屏蔽装置结构示意图，如图1所示，所述屏蔽装置具有屏蔽装置本体1，以及开口2。优选地，为达到选择性沉积等离子体密度为某定值的等离子体时，屏蔽装置的开口2的开口角度可调。在沉积过程中，屏蔽装置的开口2正对等离子体出口，屏蔽装置本体1不随所述工件旋转，但需与所述工件同电位。在实际操作过程中，优选地，屏蔽装置的开口2的开口角度为60°～180°。举例说明，工业化生产基于弧光放电技术的磁过滤等离子体沉积方法制备Ti掺杂DLC膜层，在工业生产过程中，在旋转工件上沉积Ti掺杂DLC过程中，为保证工件上沉积的膜层中Ti和C元素的均匀性，以及膜层与工件结合力的优良性，需要在制备过程中，在旋转的工件周围设置屏幕装置，在沉积过程中，屏幕装置不随工件旋转，但需与工件同电位，且屏幕装置的开口正对等离子体出口，另外，为能选择性沉积等离子密度为某定值的碳离子和金属Ti离子，屏幕装置开口的开口角度可调节。通过添加屏幕装置，等离子体密度分布极度不均匀位置的工件周围不进行沉积，直接被屏幕装置所屏蔽，只接收正对磁过滤出口位置的等离子体密度强的离子沉积。因此，最终获得的膜层硬度和膜层系数可以控制，不受真空室工件周围环境的影响，另外，获得的膜层中C和Ti的比例可通过外部设备参数精确调控。本实施例提供的提高掺杂类金刚膜层质量的方法，主要是在沉积过程中，通过在旋转的工件周围设置屏幕装置，使其屏幕工件圆周附近等离子体密分布极度不均匀的位置，只接收正对等离子体出口位置的等离子体密度强的离子沉积，最终获得的膜层均匀性和膜层结合力等有着大幅的提升，非常适合工业化大批量生产。为更好的体现利用本专利技术提供的技术方案，能获得更好均匀性和结合力的膜层，下面，结合附图说明，利用本专利技术实施例提供的技术方案制备膜层，并对膜层进行性能测试，并与不添加屏幕设备时(工件固定时沉积及工件自传时沉积)制备的膜层，进行性能比较。需要说明的是，后续实施例中的工件均沉积Ti掺杂DCL膜层，实验过程中选取相同的圆筒工件，并在进行沉积之前，对工件进行相同的沉积前准备，比如：对工件表面进行表面清洗等。图2为对工件膜层进行性能测试时选取的测试点示意图，如图2所示，对膜层性能测试时，共选取8个点(1、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2及5)进行性能测试。实施例二不添加屏幕装置，圆筒工件固定时进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高掺杂类金刚膜层质量的方法，其特征在于，在工件上等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层之前，在所述工件周围设置屏蔽装置，所述屏蔽装置具有开口，且所述开口正对等离子体出口；在等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层过中，所述屏蔽装置不随所述工件旋转，但与所述工件等电位。

【技术特征摘要】
1.一种提高掺杂类金刚膜层质量的方法，其特征在于，在工件上等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层之前，在所述工件周围设置屏蔽装置，所述屏蔽装置具有开口，且所述开口正对等离子体出口；在等离子体化学气相沉积掺杂类金刚膜层过...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，欧阳晓平，张旭，吴先映，韩然，张丰收，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11