硅/锗掺杂类金刚石薄膜特性研究
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，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1～5μm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，DLC薄膜硬度的减小比例大于内应力的减小比例。
3)DLC薄膜中Si(Ge)的最佳含量约为8at.％，此时DLC薄膜内应力大幅度的减小，但仍保持有较高的硬度。与纯DLC薄膜相比，Si-DLC薄膜的内应力从6.3GPa降至3.4GPa，而硬度仅从3875kgf/mm2减小为3652kgf/mm2；Ge-DLC薄膜的内应力从6.3GPa降至3.0Gpa，而硬度仅从3875kgf/mm2减小为3640kgf/mm2。
4)当DLC薄膜中Si或Ge的含量都为8at.％时，在红外波段3～5μm之间，硅基底上单面制备Si-DLC薄膜的透射率峰值(63.71％)略高于Ge-DLC薄膜的透射率峰值(63.15％)。
5)当DLC薄膜中Si或Ge的含量相同时，Ge-DLC薄膜的内应力和硬度小于Si-DLC薄膜的内应力和硬度。而当DLC薄膜中Si或Ge的含量都为8at.％时，Si-DLC薄膜与Ge-DLC薄膜的内应力大和硬度高差值很小。
类金刚石薄膜;脉冲电弧离子镀;红外光学特性;力学特性;电子束热蒸发;复合沉积
西安工业大学
硕士
光学工程
潘永强
2011
中文
TB383
70
2011-08-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）