[发明专利]ECR氧-氩等离子体刻蚀技术制备的超薄碳膜及方法

权利要求书

1.ECR氧-氩等离子体刻蚀技术制备的超薄碳膜及方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）利用ECR等离子体加工系统通过氩等离子体溅射法，在基体上沉积厚度为3～10nm的碳膜；

2）利用ECR等离子体加工系统通过氧-氩等离子体刻蚀法，对氩等离子体溅射沉积的碳膜进行刻蚀减薄，得到膜厚为1.5～3.5nm的超薄碳膜。

2.根据权利要求1所述的ECR氧-氩等离子体刻蚀技术制备超薄碳膜的方法，其特征在于：所述的步骤1）中，采用氩等离子体溅射法在基体上沉积碳膜的具体过程为：

将基体放入等离子体腔体中，当腔体内真空度抽到2×10^-4～4×10^-4Pa后，通入氩气，使腔内的气压升高到2×10^-2～6×10^-2Pa；通过施加350～450A的磁线圈电流和100～300W的微波，使腔体中的初始电子在磁场和微波的耦合作用下产生电子回旋运动，使通入的氩气离化，得到高离化率、高密度的氩等离子体；随后给碳靶施加-300～-200V的直流偏压，等离子体中的氩离子在直流负偏压的作用下加速轰击碳靶，将能量传递给碳靶中的碳原子，获得能量的碳原子脱离原晶格束缚，向等离子体空间释放出来；通过施加-30～0V的基片偏压，等离子体中的氩离子带动碳原子向基体运动并沉积在基体表面形成碳膜。

3.根据权利要求1所述的ECR氧-氩等离子体刻蚀技术制备超薄碳膜的方法，其特征在于：所述的步骤2）中，采用氧-氩等离子体刻蚀法刻蚀已沉积碳膜的具体过程为：

停止通入氩气，在腔体中通入氧气体积分数为5%～20%的氧气和氩气的混合气体，使真空腔内的气压升高到2×10^-2～6×10^-2Pa；同样在350～450A的磁线圈电流和100～300W的微波的耦合作用下形成氧-氩等离子体；此时设置碳靶直流偏压为零，等离子体中的氧离子和氩离子在-15～-5V的基片直流偏压的作用下，对氩等离子体溅射沉积的碳膜进行刻蚀减薄。

4.根据权利要求3所述的ECR氧-氩等离子体刻蚀技术制备超薄碳膜的方法，其特征在于：在刻蚀过程中氧-氩等离子体的刻蚀能量为5～15eV。

5.根据权利要求1所述的ECR氧-氩等离子体刻蚀技术制备超薄碳膜的方法，其特征在于：氩等离子体溅射沉积碳膜的沉积速率和氧-氩等离子体刻蚀已沉积碳膜的刻蚀速率是利用原子力显微镜测量计算得到的；其中，沉积速率为3～5nm/min，刻蚀速率为0.4～1.0nm/min。

6.根据权利要求5所述的ECR氧-氩等离子体刻蚀技术制备超薄碳膜的方法，其特征在于：所述的利用原子力显微镜测量计算得到沉积速率和刻蚀速率的具体过程为：

在沉积作用前对基体表面的一部分进行掩膜，沉积作用后这一部分与基体表面未掩膜的另一部分形成台阶，再利用原子力显微镜对形成的台阶的高度进行测量，得到沉积膜厚，从而根据沉积时间计算得到沉积速率；

在刻蚀作用前对薄膜表面的一部分进行掩膜，刻蚀作用后这一部分与薄膜表面未掩膜的另一部分形成台阶，再利用原子力显微镜对形成的台阶的深度进行测量，得到刻蚀膜厚，从而根据刻蚀时间计算得到刻蚀速率。

7.采用权利要求1至6任意一项权利要求所述的方法制备的超薄碳膜，其特征在于：超薄碳膜的膜厚为1.5～3.5nm，表面均方根粗糙度为0.10～0.12nm。