專利名稱：一種含氫類金剛石膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及類金剛石膜，特別涉及一種含氫類金剛石膜的制備方法。
背景技術(shù)：
類金剛石膜(Diamond-Like Carbon，簡稱DLC)是一種非晶態(tài)的碳材料，碳原子以 SP2和SP3雜化鍵結(jié)合。SP3雜化鍵的存在使類金剛石膜具有與金剛石相近的優(yōu)良性質(zhì)，如 高硬度、耐磨損、低摩擦系數(shù)、高電阻率、高導(dǎo)熱率和高化學(xué)穩(wěn)定性等。自從20世紀(jì)70年代 發(fā)現(xiàn)以來，由于其在機(jī)械、化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等方面表現(xiàn)出的獨(dú)特性質(zhì)，類金剛石膜吸 引大量的研究工作，并且取得了很多實(shí)際的應(yīng)用成果(1、鄧新綠，馬國佳，類金剛石膜的應(yīng) 用及制備，《真空》，2002，05 :27-31)。作為一種新型的光電材料，類金剛石膜在太陽能電池， 光電探測器，壓電器件等光電學(xué)方面的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。按照碳源和制備方法的不同，類金剛石膜分為兩大類無氫類金剛石膜(簡稱a_C films，非晶碳膜)和含氫類金剛石膜(簡稱a_C =H films，含氫非晶碳膜)。無氫類金剛石 膜由于具有較高的硬度和彈性模量以及低摩擦系數(shù)，因而廣泛運(yùn)用于機(jī)械領(lǐng)域，如作為切 割刀具、閥門和軸承的保護(hù)膜。而含氫類金剛石膜具有1 4eV之間可調(diào)制的光學(xué)帶隙以 及良好的光學(xué)透過性，實(shí)現(xiàn)有效摻雜的含氫類金剛石膜可以在平面顯示器、光探測器和太 陽能電池等大面積光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，平面板場發(fā)射顯示(FED)用Mo或Si尖來發(fā)射電子激發(fā)磷熒光，這需 要獲得高電場來發(fā)射電子，而含氫類金剛石膜已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)能增強(qiáng)金屬尖的發(fā)射電流，且其 氫化表面具有負(fù)電子親和力和化學(xué)惰性，因此含氫類金剛石膜有潛力作為FED的電子發(fā)射 器。同時(shí)含氫類金剛石膜具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，在光電探測領(lǐng)域的運(yùn)用也具有非常大 的潛力。在太陽能電池領(lǐng)域，含氫類金剛石膜材料有可能發(fā)展成為具有高效、環(huán)保、廉價(jià)和 可大面積生產(chǎn)等特點(diǎn)的太陽能電池技術(shù)。含氫類金剛石膜的制備原料是甲烷或者石墨，成 本非常低，比較環(huán)保，不存在對(duì)環(huán)境污染的問題，是現(xiàn)有的太陽能技術(shù)所無法達(dá)到的。與Si 材料相比，含氫類金剛石膜和許多非晶材料一樣可以大面積生產(chǎn)，這是單晶Si和多晶Si材 料所無法實(shí)現(xiàn)的。與現(xiàn)有的非晶硅和銅銦硒(CIS)等可大面積沉積的太陽能技術(shù)相比，含 氫類金剛石膜具有結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定和原料資源更豐富等潛在優(yōu)勢。最關(guān)鍵的是，實(shí)現(xiàn)有效摻雜 的含氫類金剛石膜是一種非晶半導(dǎo)體材料，其主要特點(diǎn)是它的光學(xué)帶隙可以在1 4eV之 間調(diào)制，因而可以制成多層結(jié)構(gòu)太陽能電池，更充分地吸收整個(gè)太陽光譜的能量，從而有可 能達(dá)到更高的光電轉(zhuǎn)換效率。由此可見，含氫類金剛石膜是一種在光電器件，特別是太陽能電池方面有很好應(yīng) 用前景的半導(dǎo)體材料。而光學(xué)帶隙是衡量含氫類金剛石膜光學(xué)性能和電學(xué)性能的重要參 數(shù)。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)含氫類金剛石膜光學(xué)帶隙的調(diào)節(jié)顯得尤為重要。類金剛石膜的制備工藝已經(jīng)較為成熟，制備方法多種多樣，如真空電弧沉積、脈沖 激光沉積、等離子體沉積和噴射沉積等(2、張碧云，曲燕青，謝紅梅，聶朝胤，類金剛石膜的制備技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域概況.表面技術(shù)，2007，36 (3) :70-73)。其中，電容耦合式等離子體增 強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(Plasma-Enhance Chemical VaporD印osition，簡稱PECVD)方法由于其 具有成膜溫度低、工作壓強(qiáng)小、膜層附著力大、可在不同基體上制備，以及制備的含氫類金 剛石膜致密、摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法制備含氫類金剛石膜過程中，襯底是指用于生 長類金剛石膜的支撐材料，可以是玻璃或石英等。襯底正面是指襯底用于生長類金剛石膜 的一側(cè)表面，襯底背面是指襯底不用于生長類金剛石膜的另一側(cè)表面。襯底反向平行放置 是指將用于生長含氫類金剛石膜的襯底正面正對(duì)著源電極，襯底同向平行放置是指將 襯底直接放置在源電極上，即將用于生長含氫類金剛石膜的襯底正面背對(duì)著源電極。電容耦合式等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積設(shè)備中有兩個(gè)平行的電容電極，其中一 個(gè)電極連接射頻電源，稱為源電極；另外一個(gè)電極接地，稱為接地電極。目前，在電容耦合 式等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積制備含氫類金剛石膜過程中，襯底是同向平行放置于源電 極上(參見圖1)，即襯底正面背對(duì)源電極，進(jìn)行生長含氫類金剛石膜，然后再通過改變生 長參數(shù)，如工作壓強(qiáng)、功率等，或者摻入各種不同元素等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)含氫類金剛石膜的光學(xué) 帶隙進(jìn)行調(diào)制(3、E. Tomasella，C. Meunier, S. Mikhailov，a_C :H thin films deposited by radio-frequencyplasma influence of gas composition on structure, optical properties and stress levels, Surface andCoatings Technology,141(2001)286-296 ； 4λ Sk. F. Ahmed,D. Banerjee,K. K. Chattopadhyay,The influence of fluorine doping on the optical properties of diamond-like carbon thin films,Vacuum xxx(2009) 1-6)。但按照目前的方法，制備的含氫類金剛石膜光學(xué)帶隙多數(shù)在3eV以下。制備寬光 學(xué)帶隙(Eg>3eV)的含氫類金剛石膜需要在較高壓強(qiáng)，較低功率的生長條件下實(shí)現(xiàn)，但此 時(shí)含氫類金剛石膜的生長速率很低。生長速率低將會(huì)給其實(shí)際應(yīng)用帶來較大困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含氫類金剛石膜的制備方法。所述一種含氫類金剛石膜的制備方法包括以下步驟1)將經(jīng)過預(yù)處理的襯底放入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體內(nèi)，襯底正面 正對(duì)源電極，襯底背面正對(duì)接地電極；2)用等離子體濺射清洗等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體以及襯底表面；3)將等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體抽真空，通入含氫氣體，調(diào)節(jié)工作壓 強(qiáng)和射頻功率，進(jìn)行含氫類金剛石膜的生長；生長結(jié)束后，停止通入含氫氣體，抽凈尾氣，即 得含氫類金剛石膜。在步驟1)中，所述襯底背面可設(shè)有絕緣遮擋片；所述襯底與所述源電極之間的最 小距離為0. 5cm，最大距離為所述源電極和接地電極之間的距離；所述襯底與所述源電極 之間可設(shè)有絕緣樣品支架，所述襯底置于所述絕緣樣品支架上；所述絕緣樣品支架可為玻 璃支架或石英支架，所述絕緣遮擋片可為玻璃片或石英片，所述襯底可為玻璃或石英。在步驟2)中，所述等離子體可由氧氣或氬氣通入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積 生長腔體并經(jīng)輝光放電后形成；所述氧氣或氬氣通入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔 體的流量可為20 lOOsccm ；所述清洗時(shí)通入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體的工作壓強(qiáng)可為5 lOOPa，射頻功率可為100 300W。在步驟3)中，所述等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體抽真空后的真空度 < 10_4Pa，所述含氫氣體可為CH4和H2組成的混合氣體，所述混合氣體中CH4和H2按氣體流 量比可為40 (0 40)；所述生長過程中等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體的工作 壓強(qiáng)可為1 200Pa，射頻功率可為20 450W ；所述生長的時(shí)間可為5 90min。與現(xiàn)有的采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積制備含氫類金剛石膜技術(shù)相比，本發(fā) 明的突出優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明通過將襯底正面正對(duì)著源電極放入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔 體內(nèi)，并在襯底背面蓋上絕緣遮擋片；并調(diào)整襯底與源電極的距離，改變工作壓強(qiáng)和射頻功 率的方法，制備出不同光學(xué)帶隙的含氫類金剛石膜，并顯著提高其生長速率。另外，本發(fā)明 解決了制備在較大范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)制光學(xué)帶隙的含氫類金剛石膜的難題，尤其是制備了較 大光學(xué)帶隙(Eg>3eV)的含氫類金剛石膜。本發(fā)明提供一種更方便、更有效的等離子體增 強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積制備方法，以便較大范圍地連續(xù)調(diào)制含氫類金剛石的光學(xué)帶隙，并顯著 提高其生長速率。


圖1為傳統(tǒng)方法中等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體內(nèi)襯底與源電極的關(guān) 系示意圖。在圖1中，1為襯底，1(a)為襯底正面，1(b)為襯底背面，2為源電極，3為接地電 極，襯底與源電極同向平行放置。圖2為本發(fā)明中等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體內(nèi)襯底與源電極的關(guān)系 示意圖。在圖2中，1為襯底，1(a)為襯底正面，1(b)為襯底背面，2為源電極，3為接地電 極，4為絕緣遮擋片，5為絕緣樣品支架，襯底與源電極反向平行放置。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中含氫類金剛石膜樣品用紫外-可見分光光度計(jì)測得的在 200 SOOnm波長范圍的透射譜。在圖3中，橫坐標(biāo)為波長(nm)，縱坐標(biāo)為透射率(％ )。圖4為實(shí)施例1中用納米壓痕儀測硬度得到載荷_壓痕深度示意圖。在圖4中橫 坐標(biāo)為深度(nm)，縱坐標(biāo)為載荷(μ N)。圖5為本發(fā)明中襯底正面與源電極的距離與含氫類金剛石膜光學(xué)帶隙的關(guān)系圖。 在圖5中，橫坐標(biāo)為襯底正面與源電極的距離(cm)，縱坐標(biāo)為光學(xué)帶隙(eV)。圖6為本發(fā)明中襯底正面和源電極距離為2. 5cm時(shí)的改變工作壓強(qiáng)所制備的含氫 類金剛石膜用紫外-可見分光光度計(jì)測得的200 SOOnm波長范圍的透射譜。在圖6中，橫 坐標(biāo)為波長(nm)，縱坐標(biāo)為透射率(％ )。曲線a為2. 2Pa,曲線b為30Pa，曲線c為60Pa， 曲線d為200Pa。圖7為本發(fā)明中襯底正面和源電極距離為2. 5cm時(shí)工作壓強(qiáng)與含氫類金剛石膜光 學(xué)帶隙的關(guān)系圖。在圖7中，橫坐標(biāo)為工作壓強(qiáng)(Pa)，縱坐標(biāo)為光學(xué)帶隙(eV)。圖8為本發(fā)明中襯底正面和源電極距離為2. 5cm時(shí)，工作壓強(qiáng)與含氫類金剛石膜 生長速率的關(guān)系圖。在圖8中，橫坐標(biāo)為工作壓強(qiáng)(Pa)，縱坐標(biāo)為生長速率(nm/min)。圖9為本發(fā)明實(shí)施例2中類金剛石膜樣品用紫外-可見分光光度計(jì)測得的在 200 SOOnm波長范圍的透射譜。在圖9中，橫坐標(biāo)為波長(nm)，縱坐標(biāo)為透射率(％ )。圖10為本發(fā)明實(shí)施例2中用納米壓痕儀測硬度得到載荷-壓痕深度示意圖。在圖10中，橫坐標(biāo)為深度(nm)，縱坐標(biāo)為載荷(μ N)。圖11為本發(fā)明實(shí)施例3中類金剛石膜樣品用紫外_可見分光光度計(jì)測得的在 200 SOOnm波長范圍的透射譜。在圖11中，橫坐標(biāo)為波長(nm)，縱坐標(biāo)為透射率(％ )。圖12為本發(fā)明實(shí)施例3中用納米壓痕儀測硬度得到載荷-壓痕深度示意圖。在 圖12中橫坐標(biāo)為深度(nm)，縱坐標(biāo)為載荷(μ N)。圖13為本發(fā)明實(shí)施例4中類金剛石膜樣品用紫外_可見分光光度計(jì)測得的在 200 SOOnm波長范圍的透射譜。在圖13中，橫坐標(biāo)為波長(nm)，縱坐標(biāo)為透射率(％ )。圖14為實(shí)施例4中用納米壓痕儀測硬度得到載荷-壓痕深度示意圖。在圖14中， 橫坐標(biāo)為深度(nm)，縱坐標(biāo)為載荷(μ N)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例11)襯底預(yù)處理將用于制備含氫類金剛石膜的石英片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗，標(biāo)準(zhǔn)清洗流 程的具體步驟包括首先，將石英片依次分別浸泡于甲苯溶液、丙酮溶液和乙醇溶液中用數(shù) 控超聲波清洗器超聲清洗lOmin，接著依次用熱、冷去離子水分別沖洗石英片IOmin后，用 氮?dú)鈽尨蹈墒⑵?。然后，將吹干的石英片浸泡于鉻酸溶液中超過12h。從鉻酸中取出石英 片后，再依次用熱、冷去離子水分別沖洗15min，用氮?dú)鈽尨蹈伞Ｗ詈髮⑶逑礉崈舻氖⑵r 底置于120°C的真空干燥箱中烘烤30min，待用。2)襯底反向平行放置在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中，放入高度為 1. Ocm的石英樣品支架，然后將清洗好的石英片襯底反向放置于玻璃樣品臺(tái)上，并在襯底背 面蓋上絕緣遮擋片，使得用于生長含氫類金剛石膜的襯底正面正對(duì)著源電極(參見圖2)。3)用等離子體濺射清洗生長腔體以及襯底表面將流量為20sCCm的氧氣通入等 離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中，輝光放電后形成等離子體氣體，對(duì)等離子體增強(qiáng) 型化學(xué)氣相沉積生長室以及襯底表面進(jìn)行濺射清洗。清洗過程中工作壓強(qiáng)控制在5Pa，工作 功率控制在300W。4)生長含氫類金剛石膜濺射清洗完成后，將等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長 腔體的真空度抽至低于10_4Pa后，然后通入流量比為40 30的CH4和H2的混合氣體作為源 氣體進(jìn)行含氫類金剛石膜的生長。生長過程中工作壓強(qiáng)控制在2Pa，射頻功率控制在300W， 生長時(shí)間為45min。5)停止生長生長結(jié)束后，在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中停止通入 CH4和H2的混合氣體，并將尾氣抽干凈，打開生長腔體，取出含氫類金剛石膜。6)性能測試將鍍好的類金剛石膜分別用紫外_可見分光光度計(jì)測透光性(參加 圖3)、橢偏儀測膜厚度、納米壓痕儀測硬度(參見圖4)。研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明制備的含氫類金剛石膜與常規(guī)方法制備的含氫類金剛石膜相 比，可以在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)含氫類金剛石膜的光學(xué)禁帶寬度進(jìn)行更精準(zhǔn)的調(diào)整(參見 圖5 7)。圖5給出襯底正面與源電極距離對(duì)光學(xué)帶隙的調(diào)制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖6和圖7給出 工作壓強(qiáng)對(duì)光學(xué)帶隙的調(diào)制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有的通過改變生長工藝參數(shù)或摻入雜質(zhì)元素來 調(diào)制類金剛石膜的光學(xué)帶隙相比，本發(fā)明中的方法能更有效、和在更大范圍內(nèi)的調(diào)制類金剛石膜的光學(xué)帶隙。本發(fā)明生長的含氫類金剛石膜透光性更好，光學(xué)帶隙更大。本發(fā)明同時(shí)能顯著提高其生長速率。尤其是在制備較大光學(xué)帶隙的類金剛石膜 時(shí)，本發(fā)明中的方法相對(duì)于只通過改變生長參數(shù)的方法，其生長速率提高將近1倍。例如， 同樣是生長光學(xué)帶隙為3. OeV的含氫類金剛石膜，在工作壓強(qiáng)為30Pa的條件下，將襯底 同向平行放置于源電極上的生長速率約為4. Snm/min，而將襯底反向放置且距離源電極 2. 5cm高度的樣品臺(tái)上的生長速率約為11. 2nm/min(參見圖8)。因此在采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積制備含氫類金剛石膜過程中，可以通過 將襯底相對(duì)于源電極板反向放置，并調(diào)整襯底與源電極板的距離的基礎(chǔ)上，然后改變生長 工藝參數(shù)(如工作壓強(qiáng)、射頻功率等)或摻入雜質(zhì)元素，實(shí)現(xiàn)更大范圍的調(diào)制類金剛石膜的 光學(xué)帶隙，顯著提高含氫類金剛石膜的生長速率。實(shí)施例21)襯底預(yù)處理處理過程與實(shí)施例1相同；2)襯底反向放置在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中，放入高度為
1.5cm的石英樣品支架，然后將清洗好的石英片襯底反向放置于玻璃樣品臺(tái)上，并在襯底背 面蓋上絕緣遮擋片，使得用于生長含氫類金剛石膜的襯底正面正對(duì)著源電極。3)用等離子體濺射清洗生長腔體以及襯底表面將流量為eOsccm的氧氣通入等 離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中，輝光放電后形成等離子體氣體，對(duì)等離子體增強(qiáng) 型化學(xué)氣相沉積生長室以及襯底表面進(jìn)行濺射清洗。清洗過程中工作壓強(qiáng)控制在25Pa，工 作功率控制在300W。4)生長含氫類金剛石膜濺射清洗完成后，將等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長 腔體的真空度抽至低于10_4Pa后，然后通入流量比為流量比為40 40(SCCm:SCCm)的CH4 和H2的混合氣體作為源氣體進(jìn)行含氫類金剛石膜的生長。生長過程中工作壓強(qiáng)控制在5Pa， 射頻功率控制在400W。生長時(shí)間為30min。5)停止生長生長結(jié)束后，在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中停止通入 CH4和H2的混合氣體，并將尾氣抽干凈，打開生長腔體，取出含氫類金剛石膜。6)性能測試將鍍好的類金剛石膜分別用紫外_可見分光光度計(jì)測透光性(參加 圖9)、橢偏儀測膜厚度、納米壓痕儀測硬度(參加圖10)。實(shí)施例31)襯底預(yù)處理底預(yù)處理處理過程與實(shí)施例1相同。2)襯底反向放置在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中，放入高度為
2.5cm的石英樣品支架，然后將清洗好的石英片襯底反向放置于玻璃樣品臺(tái)上，并在襯底背 面蓋上絕緣遮擋片，使得用于生長含氫類金剛石膜的襯底正面正對(duì)著源電極。3)用等離子體濺射清洗生長腔體以及襯底表面將流量為SOsccm的氧氣通入等 離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中，輝光放電后形成等離子體氣體，對(duì)等離子體增強(qiáng) 型化學(xué)氣相沉積生長室以及襯底表面進(jìn)行濺射清洗。清洗過程中工作壓強(qiáng)控制在50Pa，工 作功率控制在200W。4)生長含氫類金剛石膜濺射清洗完成后，將等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長 腔體的真空度抽至低于10_4Pa后，通入流量為40sCCm的CH4作為源氣體進(jìn)行含氫類金剛石 膜的生長。生長過程中工作壓強(qiáng)控制在60Pa，射頻功率控制在50W。生長時(shí)間為60min。
5)停止生長生長結(jié)束后，在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中停止通入 CH4氣體，并將尾氣抽干凈，打開生長腔體，取出含氫類金剛石膜。6)性能測試將鍍好的類金剛石膜分別用紫外_可見分光光度計(jì)測透光性(參加 圖11)、橢偏儀測膜厚度、納米壓痕儀測硬度(參加圖12)。實(shí)施例41)襯底預(yù)處理底預(yù)處理處理過程與實(shí)施例1相同。2)襯底反向放置在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中，放入高度為 3. 5cm的石英樣品支架，然后將清洗好的石英片襯底反向放置于玻璃樣品臺(tái)上，并在襯底背 面蓋上絕緣遮擋片，使得用于生長含氫類金剛石膜的襯底正面正對(duì)著源電極。3)用等離子體濺射清洗生長腔體以及襯底表面將流量為lOOsccm的氧氣通入等 離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中，輝光放電后形成等離子體氣體，對(duì)等離子體增強(qiáng) 型化學(xué)氣相沉積生長室以及襯底表面進(jìn)行濺射清洗。清洗過程中工作壓強(qiáng)控制在lOOPa，工 作功率控制在100W。4)生長含氫類金剛石膜濺射清洗完成后，將等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長 腔體的真空度抽至低于10_4Pa后，通入流量比為40 20 (sccm :sccm)的CH4和H2的混合 氣體作為源氣體進(jìn)行含氫類金剛石膜的生長。生長過程中工作壓強(qiáng)控制在120Pa，射頻功率 控制在100W。生長時(shí)間為30min。5)停止生長生長結(jié)束后，在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體中停止通入 CH4和H2的混合氣體，并將尾氣抽干凈，打開生長腔體，取出含氫類金剛石膜。6)性能測試將鍍好的類金剛石膜分別用紫外_可見分光光度計(jì)測透光性(參加 圖13)、橢偏儀測膜厚度、納米壓痕儀測硬度(參加圖14)。
權(quán)利要求
1.一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將經(jīng)過預(yù)處理的襯底放入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體內(nèi)，襯底正面正對(duì) 源電極，襯底背面正對(duì)接地電極；2)用等離子體濺射清洗等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體以及襯底表面；3)將等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體抽真空，通入含氫氣體，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)和 射頻功率，進(jìn)行含氫類金剛石膜的生長；生長結(jié)束后，停止通入含氫氣體，抽凈尾氣，即得含 氫類金剛石膜。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟1)中所述 襯底與所述源電極之間的最小距離為0. 5cm，最大距離為所述源電極和接地電極之間的距罔。
3.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟1)中所述 襯底背面設(shè)有絕緣遮擋片；所述襯底與所述源電極之間設(shè)有絕緣樣品支架，所述襯底置于 所述絕緣樣品支架上。
4.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟1)中所述 絕緣樣品支架為玻璃支架或石英支架，所述絕緣遮擋片為玻璃片或石英片，所述襯底為玻 璃或石英。
5.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟2)中所述 等離子體由氧氣或氬氣通入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體并經(jīng)輝光放電后形成， 所述氧氣或氬氣通入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體的流量為20 lOOsccm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟2)中所述 清洗時(shí)通入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體的工作壓強(qiáng)為5 lOOPa，射頻功率為 100 300W。
7.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所 述等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體抽真空后的真空度< 10_4Pa。
8.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟3)中所述 含氫氣體為CH4和H2組成的混合氣體，所述混合氣體中CH4和H2按氣體流量比為40 0 40。
9.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟3)中所述 生長過程中等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體的工作壓強(qiáng)為1 200Pa，射頻功率為 20 450w。
10.如權(quán)利要求1所述的一種含氫類金剛石膜的制備方法，其特征在于在步驟3)中所 述生長的時(shí)間為5 90min。
全文摘要
一種含氫類金剛石膜的制備方法。涉及類金剛石膜，提供一種含氫類金剛石膜的制備方法，包括以下步驟將襯底正面正對(duì)著源電極放入等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體內(nèi)，用等離子體濺射清洗等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積生長腔體以及襯底表面；將腔體抽真空，通入含氫氣體，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)和射頻功率，進(jìn)行含氫類金剛石膜的生長；生長結(jié)束后，停止通入含氫氣體，抽凈尾氣，即得含氫類金剛石膜。通過在生長腔體中將襯底相對(duì)于源電極反向平行放置后，并調(diào)整襯底與源電極距離，改變工作壓強(qiáng)和射頻功率的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法可實(shí)現(xiàn)更大范圍的調(diào)制類金剛石膜的光學(xué)帶隙并能夠顯著提高其生長速率，滿足其未來的應(yīng)用需求。
文檔編號(hào)C23C16/27GK102002683SQ20101058286
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者崔萬國, 張玲, 王輔明, 黎瓊鈺 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)