类金刚石(DLC)薄膜掺杂脉冲电弧离子镀红外光学特性力学特性论文

1、硅/锗掺杂类金刚石薄膜特性研究【摘要】 类金刚石(diamond-like carbon, DLC)薄膜是一种亚稳态的非晶碳膜,它具有诸多类似于金刚石薄膜的优异性能。在光学方面,由于DLC薄膜在红外区透明,且具备高硬度、耐磨损等性能,因此常用作红外窗口的增透膜和保护膜。在工程应用中,DLC薄膜存在内应力大和附着力较差的问题。为了改善DLC薄膜的上述特性,本文采用元素掺杂的方法来降低DLC薄膜的内应力、提高膜基附着力,从而改善DLC薄膜的综合性能。利用脉冲电弧离子镀和电子束热蒸发相结合的复合沉积技术,在硅基底上制备了一系列不同硅或锗含量(原子百分比at.%)的Si-DLC薄膜和Ge-DLC薄膜,

2、系统研究了硅(锗)含量对DLC薄膜光学特性和力学特性的影响规律。研究结果表明：1)在红外波段1-5m之间,掺杂少量的Si或Ge(小于25at.%)对DLC薄膜光学常数的影响不大；随着Si或Ge含量的增加,DLC薄膜的折射率和消光系数都略微增大。2)随着DLC薄膜中Si(Ge)含量的增加,薄膜的内应力和硬度均逐渐减小。当Si(Ge)含量小于8at.%时,DLC薄膜硬度的减小比例小于内应力的减小比例；当Si(Ge)含量大于8at.%时,D.更多还原【Abstract】 Diamond-like carbon(DLC) film is a metastable amorphous carbon fi

3、lm, which has many excellent properties of diamond film. In optics fields, the DLC film is often used as antireflective and protective film of infrared windows, clue to its excellent transparency in the infrared range, high hardness and good wear-resisting property etc. The DLC film usually has very

4、 strong internal stress and low film-substrate adhesion, which greatly limits its application range. To overcome the obstacles, the ele.更多还原 【关键词】 类金刚石(DLC)薄膜； 掺杂； 脉冲电弧离子镀； 红外光学特性； 力学特性； 【Key words】 Diamond-like carbon(DLC) films； doping； pulsed vacuum arc deposition； infrared optical properties； me

5、chanical properties； 小摘要 3-4 Abstract 4-5 1 绪论 8-19 1.1 课题研究的背景 8 1.2 课题研究的目的和意义 8-9 1.3 类金刚石薄膜概述 9-13 1.3.1 类金刚石薄膜简介 9 1.3.2 类金刚石薄膜的制备技术 9-11 1.3.3 类金刚石薄膜的性质、应用及其存在的主要问题 11-13 1.4 元素掺杂类金刚石薄膜的研究进展 13-17 1.4.1 金属掺杂类金刚石薄膜的研究现状 14 1.4.2 非金属掺杂类金刚石薄膜的研究现状 14-15 1.4.3 硅、锗掺杂类金刚石薄膜的研究现状 15-17 1.5 本文的研究内容及技术

6、路线 17-18 1.6 本文内容安排 18 1.7 本章小结 18-19 2 试验设备及薄膜的测试分析方法 19-35 2.1 试验设备 19-23 2.1.1 电子束热蒸发设备及原理 19-21 2.1.2 脉冲真空电弧离子源 21-22 2.1.3 离子源设备及原理 22-23 2.2 薄膜检测设备 23-26 2.2.1 椭圆偏振仪 23-24 2.2.2 分光光度计 24-25 2.2.3 傅里叶变换红外光谱仪 25 2.2.4 Taly Surf CCI非接触式干涉仪 25-26 2.3 薄膜红外光学特性分析方法 26-34 2.3.1 Si薄膜、Ge薄膜的红外光学常数测量 27-

7、31 2.3.2 DLC薄膜的红外光学常数测量 31-34 2.4 本章小结 34-35 3 硅、锗和DLC薄膜的制备及性能分析 35-46 3.1 Si薄膜的制备及其红外光学特性分析 36-40 3.1.1 Si薄膜的制备工艺 36 3.1.2 试验结果与讨论 36-40 3.2 Ge薄膜的制备及其红外光学特性分析 40-44 3.2.1 Ge薄膜的制备工艺 40-41 3.2.2 试验结果与讨论 41-44 3.3 DLC薄膜的制备及其红外光学特性分析 44-45 3.3.1 DLC薄膜的制备工艺 44 3.3.2 试验结果与讨论 44-45 3.4 本章小结 45-46 4 Si-DLC

8、和Ge-DLC薄膜的制备及性能分析 46-56 4.1 试验设备简介 46-48 4.1.1 应力测试仪 46-47 4.1.2 硬度测试仪 47-48 4.2 硅掺杂类金刚石(Si-DLC)薄膜的制备及其特性分析 48-52 4.2.1 不同硅含量Si-DLC薄膜的制备 48-50 4.2.2 Si-DLC薄膜的红外光学特性分析 50-51 4.2.3 Si-DLC薄膜的力学特性分析 51-52 4.3 锗掺杂类金刚石(Ge-DLC)薄膜的制备及其特性分析 52-55 4.3.1 不同锗含量Ge-DLC薄膜的制备 52-53 4.3.2 Ge-DLC薄膜的红外光学特性分析 53-54 4.3.3 Ge-DLC薄膜的力学特性分析 54-55 4.4 本章小结 55-56 5 Si-DLC与Ge-DLC薄膜性能的比较 56-