類金剛石(DLC)薄膜摻雜脈沖電弧離子鍍紅外光學特性力學特性論文

1、硅/鍺摻雜類金剛石薄膜特性研究【摘要】 類金剛石(diamond-like carbon, DLC)薄膜是一種亞穩(wěn)態(tài)的非晶碳膜,它具有諸多類似于金剛石薄膜的優(yōu)異性能。在光學方面,由于DLC薄膜在紅外區(qū)透明,且具備高硬度、耐磨損等性能,因此常用作紅外窗口的增透膜和保護膜。在工程應用中,DLC薄膜存在內(nèi)應力大和附著力較差的問題。為了改善DLC薄膜的上述特性,本文采用元素摻雜的方法來降低DLC薄膜的內(nèi)應力、提高膜基附著力,從而改善DLC薄膜的綜合性能。利用脈沖電弧離子鍍和電子束熱蒸發(fā)相結合的復合沉積技術,在硅基底上制備了一系列不同硅或鍺含量(原子百分比at.%)的Si-DLC薄膜和Ge-DLC薄膜,

2、系統(tǒng)研究了硅(鍺)含量對DLC薄膜光學特性和力學特性的影響規(guī)律。研究結果表明：1)在紅外波段1-5m之間,摻雜少量的Si或Ge(小于25at.%)對DLC薄膜光學常數(shù)的影響不大；隨著Si或Ge含量的增加,DLC薄膜的折射率和消光系數(shù)都略微增大。2)隨著DLC薄膜中Si(Ge)含量的增加,薄膜的內(nèi)應力和硬度均逐漸減小。當Si(Ge)含量小于8at.%時,DLC薄膜硬度的減小比例小于內(nèi)應力的減小比例；當Si(Ge)含量大于8at.%時,D. 更多還原【Abstract】 Diamond-like carbon(DLC) film is a metastable amorphous car

3、bon film, which has many excellent properties of diamond film. In optics fields, the DLC film is often used as antireflective and protective film of infrared windows, clue to its excellent transparency in the infrared range, high hardness and good wear-resisting property etc. The DLC film usually ha

4、s very strong internal stress and low film-substrate adhesion, which greatly limits its application range. To overcome the obstacles, the ele. 更多還原 【關鍵詞】 類金剛石(DLC)薄膜； 摻雜； 脈沖電弧離子鍍； 紅外光學特性； 力學特性； 【Key words】 Diamond-like carbon(DLC) films； doping； pulsed vacuum arc deposition； infrared optical pr

5、operties； mechanical properties； 小摘要 3-4 Abstract 4-5 1 緒論 8-19 1.1 課題研究的背景 8 1.2 課題研究的目的和意義 8-9 1.3 類金剛石薄膜概述 9-13 類金剛石薄膜簡介 9 類金剛石薄膜的制備技術 9-11 類金剛石薄膜的性質(zhì)、應用及其存在的主要問題 11-13 1.4 元素摻雜類金剛石薄膜的研究進展 13-17 金屬摻雜類金剛石薄膜的研究現(xiàn)狀 14 非金屬摻雜類金剛石薄膜的研究現(xiàn)狀 14-15 硅、鍺摻雜類金剛石薄膜的研究現(xiàn)狀 15-17 1.5 本文的研究內(nèi)容及技術路線 17-18 1.6 本文內(nèi)容安排 18 1

6、.7 本章小結 18-19 2 試驗設備及薄膜的測試分析方法 19-35 2.1 試驗設備 19-23 電子束熱蒸發(fā)設備及原理 19-21 脈沖真空電弧離子源 21-22 離子源設備及原理 22-23 2.2 薄膜檢測設備 23-26 橢圓偏振儀 23-24 分光光度計 24-25 傅里葉變換紅外光譜儀 25 Taly Surf CCI非接觸式干涉儀 25-26 2.3 薄膜紅外光學特性分析方法 26-34 Si薄膜、Ge薄膜的紅外光學常數(shù)測量 27-31 DLC薄膜的紅外光學常數(shù)測量 31-34 2.4 本章小結 34-35 3 硅、鍺和DLC薄膜的制備及性能分析 35-46 3.1 Si薄

7、膜的制備及其紅外光學特性分析 36-40 Si薄膜的制備工藝 36 試驗結果與討論 36-40 3.2 Ge薄膜的制備及其紅外光學特性分析 40-44 Ge薄膜的制備工藝 40-41 試驗結果與討論 41-44 3.3 DLC薄膜的制備及其紅外光學特性分析 44-45 DLC薄膜的制備工藝 44 試驗結果與討論 44-45 3.4 本章小結 45-46 4 Si-DLC和Ge-DLC薄膜的制備及性能分析 46-56 4.1 試驗設備簡介 46-48 應力測試儀 46-47 硬度測試儀 47-48 4.2 硅摻雜類金剛石(Si-DLC)薄膜的制備及其特性分析 48-52 不同硅含量Si-DLC薄膜的制備 48-50 Si-DLC薄膜的紅外光學特性分析 50-51 Si-DLC薄膜的力學特性分析 51-52 4.3 鍺摻雜類金剛石(Ge-DLC)薄膜的制備及其特性分析 52-55 不同鍺含量Ge-DLC薄膜的制備 52-53 Ge-DLC薄膜的紅外光學特性分析 53-54 Ge-DLC薄膜的力學特性分析 54-55 4.4 本章小結 55-56 5 Si-DLC與Ge-DLC薄膜性能的比較 56-62 5.1 S