CN107686972A - 一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，包括以下步骤：选用0.3‑0.5mm的超白玻璃为衬底材料；对衬底材料进行超声波清洗；设置W靶材和C靶材，W靶材和C靶材相交是设置，且两靶材的交点位于样品架处；把清洗后的超白玻璃衬底放置于样品架上；使用Ar离子轰击W、C两靶材，达到清洗和活化靶材的作用；把清洗后的衬底材料放入真空度抽至3.0×10‑4—5.0×10‑ 4Pa的溅射腔室内，通入氩气进行预溅射起辉，同时再通入氮气。本发明的优点：W靶材和C靶材独立控制，改变两靶的工艺参数以及氮气量，能够制备出各种高性能的薄膜，其制备工序简单，实验易控制，可根据实际需要制备不同硬度和透过率的薄膜。

Description

一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜与器件技术领域，特别涉及一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法。
背景技术
类金刚石薄膜是一种性能类似于金刚石的非晶碳膜，具有金刚石的相关性能。它的硬度仅次于金刚石，其具有优异的机械特性、光学特性和化学特性，早已被国内外使用。但对于DLC薄膜来说，无掺杂DLC膜因含金刚石相（sp3）较少，使得其硬度不高，而且膜内部存在较大内应力而不利于后续薄膜器件的加工使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决被禁技术中存在的缺点，而提出的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、选用0.3-0.5mm的超白玻璃为衬底材料；
步骤二、对衬底材料进行超声波清洗；
步骤三、设置W靶材和C靶材，W靶材和C靶材相交是设置，且两靶材的交点位于样品架处；
步骤四、把清洗后的超白玻璃衬底放置于样品架上；
步骤五、使用Ar离子轰击W、C两靶材，达到清洗和活化靶材的作用；
步骤六、把清洗后的衬底材料放入真空度抽至3.0×10-4—5.0×10-4Pa的溅射腔室内，通入氩气进行预溅射起辉，同时再通入氮气。
在上述技术方案的基础上，可以有以下进一步的技术方案：
所述衬底材料为0.4mm的超白高透玻璃。
所述W靶材和所述C靶材与水平面都成45°交角。
所述W靶材和所述C靶材的功率能够单独调节。
所述薄膜的整个制备过程中保持所述W靶材和所述C靶材的基距，以及衬底转速不变。
步骤二采用丙酮、酒精和去离子水分别对所述衬底材料进行超声波清洗，以达到去除衬底表面杂质和油污的目的，清洗后用热风吹干。
步骤六中在通入氩气后，让两靶材空烧一段时间，除表面的杂质以及氧化物。
步骤六中所述溅射腔室的真空度为4.0×10-4Pa。
步骤六中溅射起辉的电源为直流电源，进行溅射镀膜时，W靶材和C靶材的工艺参数为：两靶材功率都为20—50W，氩气与氮气的流量比例为3:1—16:1，具体的为氩气10—40sccm、氮气2—10sccm，工作气压为0.2—2.0Pa，溅射时间10—60s。
本发明的优点在于：本发明的W靶材和C靶材独立控制，通过改变两靶的工艺参数以及氮气量，能够制备出各种高性能的薄膜，其制备工序简单，变参数较少，实验易控制，可根据实际需要制备不同硬度和透过率的薄膜。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下对本发明详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一、本发明提供的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、选用0.3-0.5mm高透的超白玻璃为衬底材料，本方案衬底材料的厚度优选为0.4mm。
步骤二、对衬底材料进行超声波清洗，采用丙酮、酒精和去离子水分别对衬底材料进行超声波清洗，以达到去除衬底表面杂质和油污的目的，清洗后用热风吹干。
步骤三、设置W靶材和C靶材，W靶材和C靶材相交，且两靶材与水平面都成45°交角，W靶材和C靶材均通过靶基距的调节，使得两靶材的交点位于样品架处，W靶材和C靶材的功率能够单独调节，薄膜的整个制备过程中保持所述W靶材和所述C靶材的基距，以及衬底转速不变。
步骤四、把清洗并吹干后的超白玻璃衬底放置于样品架上。
步骤五、使用Ar离子轰击W、C两靶材，达到清洗和活化靶材的作用。
步骤六、把清洗后的衬底材料放入真空度抽至3.0×10-4—5.0×10-4Pa的溅射腔室内，本方案溅射腔室的真空度优选为4.0×10-4Pa，通入氩气进行预溅射起辉，同时再通入氮气，以达到除去两靶材表面的杂质、污物的目的，通入氩气后，让两靶材空烧一段时间，除表面的杂质以及氧化物，溅射起辉的电源全部使用直流电源。
步骤六中溅射起辉的电源为直流电源，进行溅射镀膜时，W靶材和C靶材的工艺参数为：两靶材功率都为20—50W，本方案中W靶材功率优选为20w，C靶材功率优选为50w，氩气与氮气的流量比例为3:1—16:1，具体的为氩气10—40sccm、氮气2—10sccm，本方案优选为氩气30sccm、氮气2sccm，工作气压为0.2—2.0Pa，本方案优选为0.2Pa，溅射时间10—60s，本方案优选为40s，进行磁控溅射镀膜，镀膜后直接获薄膜，经过性能测试本方案所制备的薄膜硬度较硬，透过率达到72.3％。
实施例二，在实施例一中的工艺参数还可以采用以下方案：W靶材功率优选为30w，C靶材功率优选为40w，工作气压为1Pa，溅射时间40s，氩气与氮气的流量分别为20sccm、氮气5sccm，本方案所制备的薄膜经过性能测试：硬度显示较硬，透过率达到65.3％。
实施例三，在实施例一中的工艺参数还可以采用以下方案：W靶材功率优选为20w，C靶材功率优选为20w，工作气压为0.5Pa，溅射时间10s，氩气与氮气的流量分别为40sccm、氮气5sccm，本方案所制备的薄膜经过性能测试：硬度显示较硬，透过率达到85.6％。

Claims (9)

1.一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、选用0.3-0.5mm的超白玻璃为衬底材料；
步骤二、对衬底材料进行超声波清洗；
步骤三、设置W靶材和C靶材，W靶材和C靶材相交是设置，且两靶材的交点位于样品架处；
步骤四、把清洗后的超白玻璃衬底放置于样品架上；
步骤五、使用Ar离子轰击W、C两靶材，达到清洗和活化靶材的作用；
步骤六、把清洗后的衬底材料放入真空度抽至3.0×10-4—5.0×10-4Pa的溅射腔室内，通入氩气进行预溅射起辉，同时再通入氮气。
2.根据权利要求1所述的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：所述衬底材料为0.4mm的超白高透玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：所述W靶材和所述C靶材与水平面都成45°交角。
4.根据权利要求1或3所述的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：所述W靶材和所述C靶材的功率能够单独调节。
5.根据权利要求1所述的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：所述薄膜的整个制备过程中保持所述W靶材和所述C靶材的基距，以及衬底转速不变。
6.根据权利要求1所述的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：步骤二采用丙酮、酒精和去离子水分别对所述衬底材料进行超声波清洗，以达到去除衬底表面杂质和油污的目的，清洗后用热风吹干。
7.根据权利要求1所述的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：步骤六中在通入氩气后，让两靶材空烧一段时间，除表面的杂质以及氧化物。
8.根据权利要求1所述的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：步骤六中所述溅射腔室的真空度为4.0×10-4Pa。
9.根据权利要求1所述的一种共掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：步骤六中溅射起辉的电源为直流电源，进行溅射镀膜时，W靶材和C靶材的工艺参数为：两靶材功率都为20—50W，氩气与氮气的流量比例为3:1—16:1，具体的为氩气10—40sccm、氮气2—10sccm，工作气压为0.2—2.0Pa，溅射时间10—60s。
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