[发明专利]一种调控磁控溅射制备的碳膜杂化比率的方法

摘要

本发明公开了一种调控磁控溅射制备的碳膜杂化比率的方法和一种用于磁控溅射工艺中调控溅射产物的方法。本发明基于杂化比率随溅射角度变化的原理，实现了在同一次溅射沉积过程制备具有不同杂化比率的碳薄膜。碳薄膜中的杂化比率与溅射角度呈现线性关系。这里溅射角度定义为基片与靶材的中心之间的连线与靶材表面法线方向的夹角。相比传统的碳薄膜制备中采用改变工作气压和功率的方法调控碳薄膜中的杂化比率的工艺，本发明可提高靶材的综合利用率和降低制造成本。此外，杂化比率与角度之间的依赖关系不仅适用于制备碳薄膜，还可以进一步扩展至其他具有同素异形体的材料，过渡族金属与主族元素的化合物薄膜和有机材料中。

主权项

1.一种调控磁控溅射制备的碳膜杂化比率的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将一材质为高纯热解石墨靶的靶材水平置于一真空腔中，该靶材具有以下性质：使用该靶材并利用超高真空磁控溅射方法制备出的碳膜中碳原子的杂化方式有sp1、sp2和sp3三种方式，其中比率占前两位的碳原子杂化方式为sp2和sp3；S2：将一圆弧形基片架置于靶材上方，使靶材中心位于圆弧形基片架对应的圆心处，将多个基片分别粘贴于圆弧形基片架的内侧，每一基片至靶材中心的距离均为定值H，每一基片的中心和靶材中心的连线与靶材表面法线的夹角α均不同，该夹角α为溅射角度；S3：在一定的工作气压和溅射功率下，通过磁控溅射在每一基片表面均制备一碳膜，制备过程中采用氩气为工作气体；S4：通过X射线能谱XPS、拉曼光谱或太赫兹时域光谱THz‑TDS检测制备的每一碳膜中sp3/sp2的相对比值m；S5:将同一碳膜对应的α和m的值分别作为一个坐标点的横坐标和纵坐标，拟合所有碳膜对应的坐标点，以得到表示sp3/sp2的相对比值m与溅射角度α之间关系的一元线性回归方程m＝f(α)；S6：根据一元线性回归方程m＝f(α)得到当溅射角度α为一设定值α′时对应的sp3/sp2的相对比值m的值为m′；S7：在实际操作过程中，若希望得到sp3/sp2的相对比值为m′的碳膜，则将一基片贴于圆弧形基片架上使溅射角度为α′的位置，重复上述步骤S3即可制备得到sp3/sp2的相对比值为m′的碳膜。