專利名稱：超薄類金剛石碳薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過自組裝有機單分子膜作為調(diào)制層制備超薄類金剛石碳薄膜
的制備方法。
背景技術(shù)：
類金剛石(DLC)薄膜具有優(yōu)異的機械性能，是一種非常好的保護材料。由于其制 備方法簡單，現(xiàn)在已經(jīng)被用于很多領(lǐng)域。比如作為硬盤磁頭與盤面之間和微納器件的保護 膜。但是類金剛石薄膜在作為硬盤磁頭和盤面的保護上卻有著一個顯著的缺陷，就是類金 剛石膜與磁頭和盤面間的結(jié)合力差，隨著磁存儲密度的增高和磁頭飛行高度的降低，要求 保護膜的厚度越來越薄，這就急需解決類金剛石膜與磁頭和盤面的結(jié)合力問題。目前已有 的解決類金剛石膜與磁頭和盤面結(jié)合力的技術(shù)是在沉積類金剛石薄膜之前先沉積一層單 原子Si層，但這種方法在提高膜基結(jié)合力上效果并不顯著。另外作為目前研究熱點的自組 裝有機單分子薄膜作為微納器件的抗磨減摩保護膜有一個很大缺陷很難制備出連續(xù)致密 的保護膜，這就限制了其作為保護層在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超薄類金剛石碳薄膜的制備方法。 本發(fā)明通過采用有機自組裝單分子膜作為過渡層，制備超薄類金剛石薄膜。由于
有機自組裝單層膜具有良好的收縮和延展性，可以作為分子彈簧使用，因此加入有機自組 裝單層膜可以有效地降低基底和類金剛石碳薄膜間的應(yīng)力，提高類金剛石膜的磨損壽命。
該方法成本低廉易操作，制備的薄膜具有優(yōu)良的摩擦磨損特性。用這種方法制備的薄膜在 各種精細器件減磨抗磨的環(huán)境中具有潛在的應(yīng)用前景，為自組裝有機單層膜和類金剛石碳 薄膜的使用提供了一種新的可能。 —種超薄類金剛石碳薄膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟
A制備有機自組裝單分子膜 選用P (100) Si作為襯底，將襯底放入硫酸中加熱至沸騰，取出襯底；然后在溶液 中浸泡，所述的溶液中溶劑由丙酮和水組成，溶質(zhì)為N' -[3-(TrimethOXySilyl)-propyl] driethylenetri咖ine， tech (TA);
B制備類金剛石膜 利用RF-PECVD設(shè)備在制備好有機自組裝單分子膜的P (100) Si襯底和P(IOO)硅 襯底上沉積類金剛石膜；通入甲烷和氫氣，在射頻功率100W、負偏壓200V、沉積氣壓5帕的 條件下沉積。 在A步驟中，溶液的濃度為2-3mmol/L。
在A步驟中，丙酮與水體積比為5 : 1。 薄膜結(jié)構(gòu)為底層為Si襯底，第一層為單分子層，第二層為DLC層。 本發(fā)明中比較加入有機自組裝單分子過渡層制備的類金剛石和沒加有機自
3組裝單分子過渡層制備的類金剛石膜，在比較過程中使用了橢圓偏振光膜厚測量儀、 micro-Raman、 XPS、 AFM、 UMT摩擦測試儀。形貌表明，在有機自組裝單分子過渡層上制備的 超薄類金剛石薄膜具有良好的平整度，并且UMT表征表明，在有機自組裝單分子過渡層上 制備的超薄類金剛石薄膜具有優(yōu)良的耐磨性。
具體實施例方式
為了更好的理解本發(fā)明，通過實施例進行說明。
實施例1 : 選用有機自組裝單分子N' -[3-(Trimethoxysilyl)-propyl] driethylenetriamine， tech(TA)作為有機過渡層，用P (100) Si作為襯底，首先將襯底放 入濃度為60X的硫酸中水煮30min。然后將丙酮和水按體積比5 : l配成溶劑，溶質(zhì)為 N' _[3_(Trimethoxysilyl)-propyl] driethylenetriamine, tech (TA)，將煮好的Si襯底放 入由溶劑和溶液(TA)配成的2-3mmol/L的溶液中浸泡。然后利用RF-PECVD設(shè)備在制備 好有機自組裝單分子膜的P(100)Si襯底和P(100)硅襯底上沉積類金剛石膜。通入甲烷 (10. 3sccm)和氫氣(20sccm)，在射頻功率100W、負偏壓200V、沉積氣壓5帕的條件下沉積 4分鐘。超薄類金剛石膜厚約為6nm。 AFM形貌表征得到以有機自組裝單分子膜TA為有機過渡層制備的超薄類金剛石 膜的均方根粗糙度為O. 202nm.表明薄膜表明非常平整。UMT摩擦學(xué)性能表征著重考察了制 備有機自組裝單層膜為過渡層和未制備自組裝單層膜過渡層的硅襯底上沉積超薄類金剛 石薄膜，在載荷為20g和50g，兩種摩擦速率下考察了摩擦學(xué)性能。在兩種摩擦條件下?lián)碛?自組裝單層膜TA為調(diào)制層制備的類金剛石薄膜都表現(xiàn)出了良好的耐磨性。
權(quán)利要求
一種超薄類金剛石碳薄膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟A制備有機自組裝單分子膜選用P(100)Si作為襯底，將襯底放入硫酸中加熱至沸騰，取出襯底；然后在溶液中浸泡，所述的溶液中溶劑由丙酮和水組成，溶質(zhì)為N’-[3-(Trimethoxysilyl)-propyl]driethylenetriamine，tech(TA)；B制備類金剛石膜利用RF-PECVD設(shè)備在制備好有機自組裝單分子膜的P(100)Si襯底和P(100)硅襯底上沉積類金剛石膜；通入甲烷和氫氣，在射頻功率100W、負偏壓200V、沉積氣壓5帕的條件下沉積。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在A步驟中，溶液的濃度為2-3mmol/L。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在A步驟中，丙酮與水體積比為5 : 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過自組裝有機單分子膜作為調(diào)制層制備超薄類金剛石碳薄膜的制備方法。本發(fā)明通過采用有機自組裝單分子膜作為過渡層，制備超薄類金剛石薄膜。該方法成本低廉易操作，制備的薄膜具有優(yōu)良的摩擦磨損特性。
文檔編號C04B41/50GK101768010SQ200810142998
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者張俊彥, 張軍英, 王 琦 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所