[发明专利]一种透光性硬质氮化碳薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种透光性硬质氮化碳薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：清洗玻璃基片；以甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃基片表面沉积一层非晶碳薄膜；采用等离子体增强化学气相沉积技术对玻璃基片表面沉积的非晶碳薄膜进行氨气等离子体处理；以甲烷和氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在氨气等离子体处理后的非晶碳表面沉积一层氮化碳薄膜；在高纯氮气气氛中低温热处理氮化碳薄膜。该方法通过修饰玻璃基片表面化学键、优化氮化碳薄膜中氮原子和氢原子含量以及在氮气氛围中采用低温热处理的方法调整薄膜内应力，从而使氮化碳薄膜具有良好的硬度和透光性。

技术领域

本发明涉及透光性硬质薄膜制备技术领域，具体涉及一种透光性硬质氮化碳薄膜的制备方法。

背景技术

氮化碳薄膜因具有高弹性、高硬度、低摩擦系数、表面粗糙度小等特点以及较好的化学惰性和稳定性，在耐磨保护涂层以及固体润滑剂等方面有很好的应用。此外，它还具有良好的电学、光学、热学等物理性能，所以它在太阳能电池、发光材料及高温半导体材料等领域也有着较好的应用。本发明通过等离子体增强化学气相沉积技术制备一种透光性硬质氮化碳薄膜，这种方法在较高的基片温度下通过辉光放电方式为生长氮化碳薄膜提供化学活性较强的碳、氮基团，并使生长的氮化碳薄膜具有较高的氮含量和较少的氢含量。这种氮化碳薄膜具有透射率高、硬度大、耐磨损性强以及不容易潮解等优点，在光电子技术领域可作为一种光学增透保护薄膜使用。

发明内容

本发明目的是在光电子技术领域提供一种透光性硬质氮化碳薄膜及其制备方法。该方法通过等离子体增强化学气相沉积技术在较高的基片温度下通过辉光放电方式为生长氮化碳薄膜提供化学活性较强的碳、氮基团，并使生长的氮化碳薄膜具有较高的氮含量和较少的氢含量。本发明在较高的衬底温度下以非晶碳层做缓冲层，并通过氨气辉光放电方式对非晶碳缓冲层进行等离子体处理，这种方法有利于高能活性粒子在基片表面迁徙、扩散和成核以及为活性碳、氮基团与基片表面原子之间的反应提供有利条件，从而提高氮化碳薄膜生长质量。以这种方法制备的氮化碳薄膜具有透射率高、硬度大、耐磨损性强以及不容易潮解等优点，在光电子领域可作为一种光学增透保护薄膜使用。

本发明提供的一种透光性硬质氮化碳薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗玻璃基片；

(2)以高纯甲烷为工作气体，采用等离子体增强化学气相沉积方法在玻璃基片表面沉积一层非晶碳薄膜；

(3)以高纯氨气为工作气体，采用等离子体增强化学气相沉积方法对玻璃基片表面的非晶碳薄膜进行氨气等离子体处理；

(4)以高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积方法在步骤(3)中氨气等离子体处理后的非晶碳薄膜表面制备一层氮化碳薄膜；

(5)在高纯氮气气氛中对步骤(4)中所制备的氮化碳薄膜进行低温热处理。所述的高纯甲烷的纯度大于99.999％；所述的高纯氨气的纯度大于99.999％99.9995％；所述的高纯氮气的纯度大于99.999％。

所述的步骤(2)中，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤(1)中的玻璃基片表面沉积一层非晶碳薄膜，其工艺参数是：射频功率300～400W，射频频率10-15MHz，基片温度380～450℃，腔体压强80～120Pa，高纯甲烷气体流量60～90sccm，镀膜时间15～25秒，薄膜厚度为5～12纳米。

所述的步骤(2)中，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤(1)中的玻璃基片表面沉积一层非晶碳薄膜，其工艺参数是：射频功率350，射频频率13.56MHz，基片温度400℃，腔体压强100Pa，高纯甲烷气体流量75sccm，镀膜时间20秒，薄膜厚度为9纳米。