[发明专利]一种制备高sp3

说明书

本发明涉及一种制备类金刚石薄膜的方法，特别涉及一种制备高sp³碳碳键含量类金刚石薄膜的方法，包括如下步骤：步骤一、样品和磁铁的清洁处理；步骤二、通过磁控溅射制备氮掺杂类金刚石薄膜，将石墨靶材进行预溅射用于去除靶材表面杂质，预溅射时靶材和衬底之间的挡板保持关闭状态；预溅射的工艺条件为：溅射功率密度2W/cm²,溅射时间5分钟，溅射气体为高纯氩气，气体纯度为99.999％，氩气的流量为5～30sccm，溅射时的工艺真空度为0.5～5Pa；类金刚石薄膜沉积，此时靶材和衬底之间的挡板保持开启状态，类金刚石薄膜完成在衬底上的沉积过程；完成类金刚石薄膜沉积后，关闭磁控溅射的电源，关闭工艺气体流量阀，关闭靶材和衬底之间的挡板，关闭分子泵、真空泵。

技术领域

本发明涉及一种制备类金刚石薄膜的方法，特别涉及一种制备高sp³碳碳键含量类金刚石薄膜的方法。

背景技术

类金刚石薄膜作为功能薄膜的一类，具有一系列优异的性能，如高硬度、高耐磨性、高热导率、高电阻率、可见光波段透过率高、化学惰性等，可广泛用于机械、电子、光学、热学、声学、医学等学科领域，具有明显的应用前景。

氮掺杂类金刚石薄膜主要由C-N键、C-C杂化键(sp2和sp3两种混合)组成，高C-N键含量的氮掺杂类金刚石薄膜具有更好的强度、更好的光学透过率和更低的薄膜内应力，因此制备出高C-N键含量的类金刚石薄膜将具有明显的使用价值。磁控溅射方法制备的类金刚石薄膜中C-N键含量通常小于50％，如能利用磁控溅射方法制备出C-N键含量达70％的类金刚石薄膜，将有利于类金刚石薄膜的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高sp³碳碳键含量类金刚石薄膜的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种制备高sp³碳碳键含量类金刚石薄膜的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、样品和磁铁的清洁处理；

其中选用的磁铁表面处磁场强度为40mT；

溅射靶材为高纯石墨靶，碳含量为99.999％；

衬底为石英片、单面抛光单晶硅片；

其中衬底的清洗程序为：无水乙醇超声清洗3次，每次超声10分钟，超纯水超声清洗3次，每次超声10分钟，高纯氮气吹干，放入真空腔内；

将石英片和单面抛光的单晶硅片固定样品架上，磁铁固定在样品架的另一面上；石英片和单晶硅片面对溅射石墨靶；

磁控溅射机利用机械泵、分子泵进行抽真空，直至真空腔体的真空度达到1.0×10^-4Pa。

步骤二、通过磁控溅射制备氮掺杂类金刚石薄膜

将石墨靶材进行预溅射用于去除靶材表面杂质，预溅射时靶材和衬底之间的挡板保持关闭状态；

预溅射的工艺条件为：溅射功率密度2W/cm²,溅射时间5分钟，溅射气体为高纯氩气，气体纯度为99.999％，氩气的流量为5～30sccm，溅射时的工艺真空度为0.5～5Pa；

类金刚石薄膜沉积，此时靶材和衬底之间的挡板保持开启状态，类金刚石薄膜完成在衬底上的沉积过程；

完成类金刚石薄膜沉积后，关闭磁控溅射的电源，关闭工艺气体流量阀，关闭靶材和衬底之间的挡板，关闭分子泵、真空泵；

真空腔内通入高纯氮气，直至腔体的真空消失达到大气压力；

取出类金刚石薄膜样品，放置在除湿柜中保存。

作为优选，所述沉积过程工艺条件为：

使用射频电源或直流电源进行类金刚石薄膜的磁控溅射沉积；