CN102358940B - 一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，属于涂层技术领域，适用于硅、锗半导体材料以及钢及其合金、铝及其合金金属材料表面类金刚石膜的化学气相法镀制，产品特别适合在盐雾、海水、酸、碱、盐等腐蚀环境下使用。本发明方法包括下述步骤：（1）基底清洗；（2）惰性气体离子轰击；（3）类金刚石薄膜沉积；类金刚石薄膜沉积分为A型类金刚石膜层沉积和B型类金刚石膜沉积；在沉积过程中A型类金刚石膜和B型类金刚石膜交替沉积生长。本发明的优点是：方法简单，易于操作和实现，类金刚石薄膜具备优异的抗盐雾、海水、酸、碱、盐等介质腐蚀能力，且无需使用剧毒气体或原料，因此，安全环保。
Description
技术领域：
本发明涉及一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，属于涂层技术领域，适用于在硅、锗半导体材料以及钢、铝及合金金属材料制成的物件基底表面上以化学气相法镀制类金刚石薄膜，所得到的具有抗腐蚀类金刚石薄膜的物件特别适合在盐雾、海水、酸、碱、盐等腐蚀环境下使用。
背景技术：
类金刚石薄膜是一种亚稳态材料，在薄膜中存在SP3和SP2两种价键形式，介于金刚石相和石墨相之间，类金刚石在很多方面具备与金刚石类似的性能，因而，类金刚石薄膜从1978年被发现以来，在光学、机械、医学、电子、电力等领域得到了广泛的应用。化学气相法以其设备成本低、工艺易控制而成为镀制类金刚石薄膜的主要方法之一。
在红外光学方面，类金刚石膜被用作硅、锗等光学窗口的保护膜，以抵御恶劣环境如风砂、盐雾、海水等的侵蚀，然而，现有技术提供的类金刚石薄膜在盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀介质环境下使用时的保护效果欠佳。实际使用发现，镀类金刚石膜的锗窗口在海洋环境下使用一段时间后，膜层表面出现很多“针孔”状腐蚀点，这种“针孔”状腐蚀点的面积及数量随着使用时间的增加而不断增多，从而大大影响窗口的使用寿命。在金属件保护方面，Stiff A.等人研究也表明，在钢表面镀制类金刚薄膜后，在盐水中浸泡后，样品表面出现 “针孔”状腐蚀点的深度达到了数微米（R.P.O.S Nery, R.S.Bonelli & S.S.Camargo Tr. Evaluation of Corrosion Resistance of Diamond-like Carbon Films Depostited on AISI4340 Steel. 11th International Conference on Advanced Materials. 2009.）。
“针孔”状腐蚀点的存在，是导致在盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀介质环境下使用的表面镀制类金刚石薄膜制品失效最主要原因。如何减少“针孔”状腐蚀点数量和面积是提升类金刚石薄膜保护效果的一个重要研究课题。David Haddow等人采用在类金刚石膜与基底之间增加磷化硼薄膜的方式来增强保护效果，但实际使用效果证明这种增加了磷化硼的保护膜在海洋环境下使用4个月后，“针孔”状腐蚀点依然存在（David Haddow， A.A.Ogwu， F.Placido. Corrosion resistance potential of boron phosphide films in a naval environment. SPIE Vol. 5078 (2003)）。而且磷化硼这种薄膜在工艺制备上需要使用剧毒的磷烷和硼烷两种气体，设备昂贵，不利于推广应用。
发明内容：
本发明的目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，所述的方法镀制的类金刚石薄膜在盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀介质下的使用寿命较现有技术镀制的类金刚石薄膜提高3倍以上。所述的制造方法其工艺方法简单，易于操作和实现，类金刚石薄膜具备优异的抗盐雾、海水、酸、碱、盐等介质腐蚀能力，且无需使用剧毒气体或原料，因此，安全环保。
本发明的技术方案是：
一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，薄膜由A型和B型至少两层类金刚石薄膜交替沉积组成；所述交替沉积是第一层在基底上沉积A型薄膜，第二层为在A型薄膜上沉积的B型薄膜，此后依次按A型薄膜沉积在B型薄膜上，B型薄膜沉积在A型薄膜上；所述 A型薄膜，在沉积时气源为碳氢气体；所述B型薄膜，在沉积时气源为碳氢气体和氧气；方法步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留污染物；
（2）惰性气体离子轰击：将清洗后的物件置于抽真空的设备中，然后通入惰性气体，加激励电源使惰性气体形成等离子体，等离子体对基底进行离子轰击；
（3）沉积第一层A型类金刚石薄膜: 在惰性气体离子轰击后，再抽真空，然后通入碳氢气体，加激励电源使碳氢气体形成碳氢等离子体，碳氢等离子体在基底上沉积生长成A型类金刚石薄膜；
（4）沉积B型类金刚石薄膜：在上述第一层A型类金刚石薄膜沉积完成后，然后在碳氢气体气源中直接增加一定量的氧气，加激励电源使碳氢气体和氧气混合气体形成碳氢氧等离子体，该碳氢氧等离子体在A型类金刚石薄膜上沉积生长成B型类金刚石薄膜；
（5）沉积第二层之后的A型类金刚石薄膜：在上述第二层B型类金刚石薄膜沉积完成后，直接关闭第（4）步骤气源中的氧气，加激励电源使碳氢气体形成碳氢等离子体，再采用一定能量的碳氢等离子体在B型类金刚石薄膜上进行A型类金刚石膜的沉积；
（6）采用与第（4）步相同的碳氢氧等离子体和与第（5）步相同的碳氢等离子体交替沉积B型和A型类金刚石薄膜，直至结束。
在上述技术方案基础上进一步的技术方案是：
所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石是由化学气相法工艺沉积的类金刚石，是由碳氢等离子体生长而成。
所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，所述惰性气体选自氩、氦、氖、氪、氙、氡；碳氢气体选自丁烷气体、丙烷气体、甲烷气体、乙炔气体。
所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，所述惰性气体为氩气。
所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，所述步骤中：
步骤（2）中所述惰性气体离子轰击是将清洗后的物件放入化学气相沉积设备基片架上，加激励电源，采用能量为50～250eV的惰性气体离子轰击基底3～60min；
步骤（4）中所述在第（3）步骤碳氢气体气源中直接增加氧气，按气体体积计： 氧气/碳氢气体＝0.5%～5% ；
步骤（3）、（5）中所述采用一定能量碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，均是采用能量为500～1000eV的碳氢等离子体进行A型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均为3～30min；步骤（4）中所述采用一定能量碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，是采用能量为500～1000eV的碳氢氧等离子体进行B型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均3～30min。
所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，所述A型和B型类金刚石薄膜各小于等于50层，共小于等于100层。
以下是几种不同的物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法：
一种在硅基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石薄膜为2层，结构为Si|AB|Air，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为150eV的氩离子轰击基底20min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入丁烷气体，加激励电源，采用能量为950eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为30min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝0.5%，加激励电源，采用能量为950eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为12min。
一种在锗基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石薄膜为8层，结构为Ge|ABABABAB|Air，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为100eV的氩离子轰击基底15min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩子轰击后，抽真空，通入丁烷气体，加激励电源，采用能量为500eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为12min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝4.2%，加激励电源，采用能量为500eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为6min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭气源中的氧气，其余工艺参数与第（3）步相同，沉积时间为12min；
（6）其它层数类金刚石膜层沉积：第4、第6、第8层类金刚石膜层沉积分别重复第（4）步，第5、第7层类金刚石膜层沉积分别重复第（5）步。
一种在1Cr13钢基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石薄膜为24层，结构为1Cr13|（AB）^12|Air，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为250eV的氩离子轰击基底60min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入乙炔气体，加激励电源，采用能量为1000eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为8min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝4.9%，加激励电源，采用能量为1000eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为5min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭气源中的氧气，其余工艺参数与第（3）步相同，沉积时间为8min；
（6）其它层数类金刚石膜层沉积：第4、第6、……、第22、第24偶数层类金刚石膜层沉积分别重复第（4）步，第5、第7、……、第21、第23奇数层层类金刚石膜层沉积分别重复第（5）步。
一种在2AL2T4铝合金基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石薄膜为100层，结构为Al|（AB）^50|Air，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为250eV的氩离子轰击基底60min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入乙炔气体，加激励电源，采用能量为800eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为3min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝2.2%，加激励电源，采用能量为800eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为3min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭气源中的氧气，其余工艺参数与第（3）步相同，沉积时间为3min；
（6）其它层数类金刚石膜层沉积：第4、第6、……、第98、第100偶数层类金刚石膜层沉积分别重复第（4）步，第5、第7、……、第97、第99奇数层类金刚石膜层沉积分别重复第（5）步。
对本发明一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法技术原理和效果说明如下：
我们的研究表明，化学气相法沉积的类金刚石薄膜本身具备极强的抗盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀能力，在上述介质环境下出现的“针孔”状腐蚀点产生的主要原因是：类金刚石薄膜生长过程中存在“微孔”和“石墨相”缺陷。“微孔”的存在直接使腐蚀因子渗透至基底表面并腐蚀基底，使表面的类金刚石薄膜失去支撑而脱落。“类石墨相”的存在使类金刚石薄膜与半导体或金属基底之间形成了原电池，电化学腐蚀效应的存在加快了腐蚀速度。
A型类金刚石薄膜与现有化学气相沉积法镀制的类金刚石膜方法一致，薄膜中含有较多的SP2键，膜层的基底适应性好、应力水平低。B型类金刚石膜沉积过程中，在气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/气源气体＝0.5%～5%，利用“石墨相”在氧等离子体环境下刻蚀速率较“金刚石相”快的原理，将膜层中的“石墨相”降至最低，从而使B型中的SP2键组分降低，SP3键组分增加，提高膜层的抗腐蚀能力。A型和B型类金刚石膜层交替沉积，人为改变类金刚石膜沉积生长时特性，从而减少整个类金刚石薄膜中形成连通“微孔”的机率，因而沉积的层数越多，多层类金刚石薄膜的抗盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀介质的能力越强。
本发明方法抗盐雾、海水、酸、碱、盐介质腐蚀效果显著：所述的抗腐蚀类金刚石薄膜：含有与常规气相沉积技术类似的A型类金刚石膜层和富含SP3键的B型类金刚石膜层，A型与B型类金刚石膜在同一设备上镀制完成，镀制过程中只需按程序改变气源组成即可，质量易于保证。所述的类金刚石薄膜对硅、锗、钢及其合金、铝及其合金等材料在盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀介质下保护效果极佳。所述方法：适应强，可在硅、锗、钢及其合金、铝及其合金等基底上制造出抗腐蚀类金刚石薄膜。所述的抗腐蚀类金刚石薄膜制造方法，工艺原料未使用剧毒气体，安全环保。
具体实施方式：
实施例1：
本实施例公开的是一个基本实施例。一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其薄膜由A型和B型至少两层类金刚石薄膜交替沉积组成；所述交替沉积是第一层在基底上沉积A型薄膜，第二层为在A型薄膜上沉积的B型薄膜，此后依次按A型薄膜沉积在B型薄膜上，B型薄膜沉积在A型薄膜上；所述 A型薄膜，在沉积时气源为碳氢气体；所述B型薄膜，在沉积时气源为碳氢气体和氧气；方法步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留污染物；
（2）惰性气体离子轰击：将清洗后的物件置于抽真空的设备中，然后通入惰性气体，加激励电源使惰性气体形成等离子体，等离子体对基底进行离子轰击；
（3）沉积第一层A型类金刚石薄膜: 在惰性气体离子轰击后，再抽真空，然后通入碳氢气体，加激励电源使碳氢气体形成碳氢等离子体，碳氢等离子体在基底上沉积生长成A型类金刚石薄膜；
（4）沉积B型类金刚石薄膜：在上述第一层A型类金刚石薄膜沉积完成后，然后在第（3）步骤碳氢气体气源中直接增加一定量的氧气，加激励电源使碳氢气体和氧气混合气体形成碳氢氧等离子体，碳氢氧等离子体在基底上沉积生长成B型类金刚石薄膜；
（5）沉积第二层之后的A型类金刚石薄膜：在上述第二层B型类金刚石薄膜沉积完成后，然后直接关闭第（4）步骤气源中的氧气，再采用一定能量的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积；
（6）按第（4）步和第（5）步交替沉积A型和B型类金刚石薄膜，直至结束；
所述类金刚石是由化学气相法工艺沉积的类金刚石，是由碳氢等离子体生长而成；化学气相法工艺包括射频化学气相沉积法，或微波化学气相法，或热丝化学气相法。所述惰性气体选自氩、氦、氖、氪、氙、氡；碳氢气体选自丁烷气体、丙烷气体、甲烷气体、乙炔气体。较优实施例所述A型类金刚石由丁烷分解产生的等离子体沉积生长而成；所述B型类金刚石由丁烷和氧气分解产生的等离子体沉积生长而成；所述惰性气体为氩气；
上述步骤中：
步骤（2）中所述惰性气体离子轰击是将清洗后的物件放入化学气相沉积设备基片架上，加激励电源，采用能量为50～250eV的惰性气体离子轰击基底3～60min；
步骤（4）中所述在第（3）步骤碳氢气体气源中直接增加氧气，按气体体积计： 氧气/碳氢气体＝0.5%～5% ；
步骤（3）、（5）中所述采用一定能量碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，均是采用能量为500～1000eV的碳氢等离子体进行A型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均为3～30min；步骤（4）中所述采用一定能量碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，是采用能量为500～1000eV的碳氢氧等离子体进行B型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均3～30min。
所述A型和B型类金刚石薄膜各小于等于50层，共小于等于100层。
实施例2：
与实施例1不同的是：惰性气体选自氦；碳氢气体选自甲烷气体；步骤（2）中采用能量为50eV的惰性气体离子轰击基底3min；步骤（4）中所述在第（3）步骤碳氢气体气源中直接增加氧气，按气体体积计： 氧气/碳氢气体＝0.5% ；步骤（3）、（5）中所述采用一定能量碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，均是采用能量为500eV的碳氢等离子体进行A型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均为3min；步骤（4）中所述采用一定能量碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，是采用能量为500eV的碳氢氧等离子体进行B型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均3min。
所述A型和B型类金刚石薄膜各为6层，共12层。
实施例3：
与实施例1不同的是：惰性气体选自氡；碳氢气体选自丙烷气体；步骤（2）中采用能量为120eV的惰性气体离子轰击基底40min；步骤（4）中所述在第（3）步骤碳氢气体气源中直接增加氧气，按气体体积计： 氧气/碳氢气体＝2% ；步骤（3）、（5）中所述采用一定能量碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，均是采用能量为800eV的碳氢等离子体进行A型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均为15min；步骤（4）中所述采用一定能量碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，是采用能量为800eV的碳氢氧等离子体进行B型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均15min。
所述A型和B型类金刚石薄膜各为于20层，共40层。
实施例4：
与实施例1不同的是：惰性气体选自氖；碳氢气体选自乙炔气体；步骤（2）中采用能量为250eV的惰性气体离子轰击基底60min；步骤（4）中所述在第（3）步骤碳氢气体气源中直接增加氧气，按气体体积计： 氧气/碳氢气体＝5% ；步骤（3）、（5）中所述采用一定能量碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，均是采用能量为1000eV的碳氢等离子体进行A型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均为30min；步骤（4）中所述采用一定能量碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，是采用能量为1000eV的碳氢氧等离子体进行B型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均3～30min。
所述A型和B型类金刚石薄膜为50层，共100层。
实施例5：
一种在硅基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石薄膜为2层，结构为Si|AB|Air，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为150eV的氩离子轰击基底20min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入丁烷气体，加激励电源，采用能量为950eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为30min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝0.5%，加激励电源，采用能量为950eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为12min。
实施例6：
一种在锗基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石薄膜为8层，结构为Ge|ABABABAB|Air，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为100eV的氩离子轰击基底15min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩子轰击后，抽真空，通入丁烷气体，加激励电源，采用能量为500eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为12min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝4.2%，加激励电源，采用能量为500eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为6min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭气源中的氧气，其余工艺参数与第（3）步相同，沉积时间为12min；
（6）其它层数类金刚石膜层沉积：第4、第6、第8层类金刚石膜层沉积分别重复第（4）步，第5、第7层类金刚石膜层沉积分别重复第（5）步。
实施例7：
一种在1Cr13钢基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石薄膜为24层，结构为1Cr13|（AB）^12|Air，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为250eV的氩离子轰击基底60min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入乙炔气体，加激励电源，采用能量为1000eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为8min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝4.9%，加激励电源，采用能量为1000eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为5min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭气源中的氧气，其余工艺参数与第（3）步相同，沉积时间为8min；
（6）其它层数类金刚石膜层沉积：第4、第6、……、第22、第24偶数层类金刚石膜层沉积分别重复第（4）步，第5、第7、……、第21、第23奇数层层类金刚石膜层沉积分别重复第（5）步。
实施例8：
一种在2AL2T4铝合金基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其类金刚石薄膜为100层，结构为Al|（AB）^50|Air，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为250eV的氩离子轰击基底60min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入乙炔气体，加激励电源，采用能量为800eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为3min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝2.2%，加激励电源，采用能量为800eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为3min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭气源中的氧气，其余工艺参数与第（3）步相同，沉积时间为3min；
（6）其它层数类金刚石膜层沉积：第4、第6、……、第98、第100偶数层类金刚石膜层沉积分别重复第（4）步，第5、第7、……、第97、第99奇数层类金刚石膜层沉积分别重复第（5）步。
本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。
Claims (10)
1.一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，薄膜由A型和B型至少两层类金刚石薄膜交替沉积组成；所述交替沉积是第一层在基底上沉积A型薄膜，第二层为在A型薄膜上沉积的B型薄膜，此后依次按A型薄膜沉积在B型薄膜上，B型薄膜沉积在A型薄膜上；所述 A型薄膜，在沉积时气源为碳氢气体；所述B型薄膜，在沉积时气源为碳氢气体和氧气；方法步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留污染物；
（2）惰性气体离子轰击：将清洗后的物件置于抽真空的设备中，然后通入惰性气体，加激励电源使惰性气体形成等离子体，等离子体对基底进行离子轰击；
（3）沉积第一层A型类金刚石薄膜: 在惰性气体离子轰击后，再抽真空，然后通入碳氢气体，加激励电源使碳氢气体形成碳氢等离子体，碳氢等离子体在基底上沉积生长成A型类金刚石薄膜；
（4）沉积B型类金刚石薄膜：在上述第一层A型类金刚石薄膜沉积完成后，然后在碳氢气体气源中直接增加一定量的氧气，加激励电源使碳氢气体和氧气混合气体形成碳氢氧等离子体，该碳氢氧等离子体在A型类金刚石薄膜上沉积生长成B型类金刚石薄膜；
（5）沉积第二层之后的A型类金刚石薄膜：在上述第二层B型类金刚石薄膜沉积完成后，直接关闭第（4）步骤气源中的氧气，加激励电源使碳氢气体形成碳氢等离子体，再采用一定能量的碳氢等离子体在B型类金刚石薄膜上进行A型类金刚石膜的沉积；
（6）采用与第（4）步相同的碳氢氧等离子体和与第（5）步相同的碳氢等离子体交替沉积B型和A型类金刚石薄膜，直至结束。
2.根据权利要求1所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，类金刚石是由化学气相法工艺沉积的类金刚石，是由碳氢等离子体生长而成。
3.根据权利要求1所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，所述惰性气体选自氩、氦、氖、氪、氙、氡；碳氢气体选自丁烷气体、丙烷气体、甲烷气体、乙炔气体。
4.根据权利要求1所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
5.根据权利要求1所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，所述步骤中：
步骤（2）中所述惰性气体离子轰击是将清洗后的物件放入化学气相沉积设备基片架上，加激励电源，采用能量为50～250eV的惰性气体离子轰击基底3～60min；
步骤（4）中所述在第（3）步骤碳氢气体气源中直接增加氧气，按气体体积计： 氧气/碳氢气体＝0.5%～5% ；
步骤（3）、（5）中所述采用一定能量碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，均是采用能量为500～1000eV的碳氢等离子体进行A型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均为3～30min；步骤（4）中所述采用一定能量碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，是采用能量为500～1000eV的碳氢氧等离子体进行B型类金刚石薄膜的沉积，沉积时间均3～30min。
6.根据权利要求1所述的在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，所述A型和B型类金刚石薄膜各小于等于50层，共小于等于100层。
7.一种在硅基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，类金刚石薄膜为2层，结构为Si|AB|空气，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为150eV的氩离子轰击基底20min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入丁烷气体，加激励电源，采用能量为950eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为30min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝0.5%，加激励电源，采用能量为950eV的碳氢氧等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为12min。
8.一种在锗基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，类金刚石薄膜为8层，结构为Ge|ABABABAB|空气，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为100eV的氩离子轰击基底15min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩子轰击后，抽真空，通入丁烷气体，加激励电源，采用能量为500eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为12min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝4.2%，加激励电源，采用能量为500eV的碳氢氧等离子体在A型类金刚石薄膜上进行B型类金刚石膜的沉积，沉积时间为6min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭第（4）步骤气源中的氧气，以丁烷气体加激励电源形成碳氢等离子体，采用能量为500eV的碳氢等离子体在B型类金刚石薄膜上进行A型类金刚石膜的沉积，沉积时间为12min；
（6）其它层数类金刚石膜层沉积：第4、第6、第8层类金刚石膜层沉积分别重复采用与第（4）步相同的碳氢氧等离子体进行B型类金刚石膜的沉积，第5、第7层类金刚石膜层沉积分别重复采用与第（5）步相同的碳氢等离子体进行A型类金刚石膜的沉积。
9.一种在1Cr13钢基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，类金刚石薄膜为24层，结构为1Cr13|ABAB…AB|空气，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为250eV的氩离子轰击基底60min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入乙炔气体，加激励电源，采用能量为1000eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为8min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝4.9%，加激励电源，采用能量为1000eV的碳氢氧等离子体在A型类金刚石薄膜上进行B型类金刚石膜的沉积，沉积时间为5min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭第（4）步骤气源中的氧气，以乙炔气体加激励电源形成碳氢等离子体，采用能量为1000eV的碳氢等离子体在B型类金刚石薄膜上进行A型类金刚石膜的沉积，沉积时间为8min；
（6）其它层数类金刚石膜层沉积：第4、第6、……、第22、第24偶数层类金刚石膜层沉积分别重复采用与第（4）步相同的碳氢氧等离子体进行B型类金刚石膜的沉积，第5、第7、……、第21、第23奇数层类金刚石膜层沉积分别重复采用与第（5）步相同的碳氢等离子体进行A型类金刚石膜的沉积。
10.一种在2AL2T4铝合金基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，类金刚石薄膜为100层，结构为Al| ABAB…AB |空气，沉积步骤如下：
（1）基底清洗：去除基底表面残留的油污、灰尘等污染物，使基底洁净；
（2）氩离子轰击：将清洗后的基底放入化学气相沉积设备基片架上，抽真空后，通入氩气，加激励电源，采用能量为250eV的氩离子轰击基底60min；
（3）第1层A型类金刚石膜层沉积:在氩离子轰击后，抽真空，通入乙炔气体，加激励电源，采用能量为800eV的碳氢等离子体进行类金刚石膜的沉积，沉积时间为3min；
（4）第2层B型类金刚石膜层沉积：在完成第1层A型类金刚石膜层沉积后，在丁烷气体气源中直接增加氧气，按气体体积计：氧气/丁烷气体＝2.2%，加激励电源，采用能量为800eV的碳氢氧等离子体在A型类金刚石薄膜上进行B型类金刚石膜的沉积，沉积时间为3min；
（5）第3层A型类金刚石膜层沉积：在完成B型类金刚石膜层沉积后，直接关闭第（4）步骤气源中的氧气，以乙炔气体加激励电源形成碳氢等离子体，采用能量为800eV的碳氢等离子体在B型类金刚石薄膜上进行A型类金刚石膜的沉积，沉积时间为3min；
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- 2011-10-12 CN CN201110308211.8A patent/CN102358940B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| 程勇等.激光在硅基底沉积类金刚石膜的光学应用.《红外与激光工程》.2010,第39卷(第5期),875-878. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102358940A (zh) | 2012-02-22 |
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