直流偏壓輔助脈沖激光沉積CNx薄膜的組織結(jié)構(gòu)和性能.pdf

1、氮化碳材料以其優(yōu)異的特性受到大量研究者的重視，但N原子的百分含量及價鍵結(jié)構(gòu)等的瓶頸限制了它的廣泛應(yīng)用。偏壓輔助技術(shù)在促進sp3鍵的合成、氮原子百分含量的提升、改善薄膜表面質(zhì)量的均勻性等方面展現(xiàn)出了明顯的作用，然而關(guān)于偏壓輔助脈沖激光沉積氮化碳薄膜的報道非常少。
　　本文首先利用脈沖激光沉積技術(shù)燒蝕石墨靶在Si基底上制備了氮化碳薄膜（簡稱為c-CNx），對薄膜的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)和機械性能進行了分析及探討;系統(tǒng)研究了沉積偏壓對氮化碳

2、薄膜的形貌及結(jié)構(gòu)的影響;考察了氮化碳薄膜的膜-基結(jié)合力、硬度和摩擦磨損性能，總結(jié)了偏壓、結(jié)構(gòu)與薄膜機械性能之間的相關(guān)性。然后，選用富含N原子和sp3雜化鍵的氮化碳靶材替代石墨靶，不同偏壓條件制備了氮化碳薄膜（簡稱i-CNx）并進行了上述同樣的薄膜質(zhì)量分析。最終結(jié)合兩組薄膜的分析結(jié)果，總結(jié)出有利于N原子并入碳網(wǎng)異或利于合成sp3鍵的最佳工藝參數(shù)，并對價鍵結(jié)構(gòu)和機械性能的相關(guān)性作一定的規(guī)律分析。
　　采用X射線光電子能譜(XPS)、拉

3、曼光譜(Raman)和掃描電子顯微鏡(SEM)分別對c-CNx薄膜和i-CNx薄膜的化學(xué)成分、價鍵狀態(tài)及微觀形貌進行表征。并借助于納米壓痕儀、涂層附著力自動劃痕儀和球盤式摩擦磨損試驗機測試了薄膜的硬度、膜-基結(jié)合力和摩擦磨損性能。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):薄膜為尺寸不一的微觀顆粒堆積，偏壓條件對薄膜的均勻性改變較小;偏壓輔助遞進式脈沖激光沉積方法可以較大程度地提升薄膜中的氮原子百分含量，但得出的薄膜尚未發(fā)現(xiàn)晶態(tài)的特征。結(jié)合XPS和Raman的分析，

4、兩組薄膜的價鍵相對百分含量xsp2/xsp3和xsp2c-N/xsp3C-N均隨著偏壓的增加先減少后增大并在Vb=-40V時得到了最小值（c-CNx薄膜:2.43和1.76; i-CNx薄膜:1.78和1.39）;且此偏壓條件下，D峰與G峰的強度比ID/IG取得最小值(c-CNx薄膜:2.2; i-CNx薄膜:1.6);以上的結(jié)果都說明Vb=-40 V為最利于sp3鍵的合成條件。薄膜硬度的變化趨勢與xsp3和xsp3C-N的變化趨勢非常