TWI772969B

TWI772969B - Ｄｌｃ膜製備裝置和製備方法

Info

Publication number: TWI772969B
Application number: TW109140162A
Authority: TW
Inventors: 宗堅
Original assignee: 大陸商江蘇菲沃泰納米科技股份有限公司
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-08-01
Also published as: EP4071270A4; EP4071270A1; JP2023504812A; TW202122619A; WO2021110111A1; US20220380902A1; CN112899662A

Abstract

本發明提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其中所述DLC膜製備裝置包括一主體，一電漿源單元和至少一氣體供給部；所述主體具有一反應腔室，所述反應腔室用於放置一基體；所述氣體供給部用於向所述反應腔室提供反應氣體，所述電漿源單元被設置於所述主體外部，向所述反應腔室提供射頻電場，以促進產生電漿，使得所述反應氣體通過PECVD方式沉積於所述基體的表面形成一DLC膜。

Description

DLC膜製備裝置和製備方法

本發明涉及類金剛石薄膜製備領域，更進一步，涉及一透明硬質的DLC膜製備裝置和製備方法，所述DLC適於被沉積於電子設備及其配件的表面進行防護作用。

類金剛石薄膜(Diamond Like Carbon，DLC)是一種包含有sp3和sp2碳鍵的亞穩態材料，兼具了金剛石和石墨的優良特性，其具有高硬度、高電阻率、良好光學性能以及優秀的摩擦學特性。類金剛石薄膜具有多種不同的結構形式，特殊結構的碳納米材料(類富勒烯結構碳，納米非晶碳，石墨烯)，因其具有超低摩擦係數、高硬度、良好的彈性恢復以及優良的耐磨性，已作為一類高性能固體潤滑材料而受到了科學界和工業界的廣泛關注。

現有的類金剛石薄膜的製備方法中的其中一種是物理氣相沉積方法，比如通過磁控濺射方式形成鍍膜，由此得到DLC膜；另一種是化學氣相沉積方法，比如利用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)沉積DLC膜，它是以碳氫氣體如甲烷、乙烷、乙炔、苯、丁烷等為碳源，在電漿的作用下碳氫氣體經過活化、解離、沉積等複雜過程，制得含有一定氫的DLC膜。

另一方面，DLC的製備過程涉及複雜的反應過程，形成DLC膜的特性與眾多因素有關，比如原材料的成分比例，具體工藝條件的控制等，其中對於相同的原料工藝條件的控制也明顯影響形成的DLC膜的特性，且影響方式相對複雜。而對於不同的鍍膜產品，其需要的DLC膜的性能也不同，在電子設備領域，如應用于智能手機屏幕時，其不僅需要提高其表面的剛性，還需要保持良好的透光性能，而不影響電子設備屏幕的視覺效果。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其利用內外配置的射頻電場和高壓脈衝電場協同作用來進行電漿增強化學沉積反應(PECVD)形成DLC膜。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其由感應耦合形成的射頻電場和高壓脈衝電場來配合提供電漿增強化學沉積反應條件，由反應氣體在該反應條件下製備DLC膜。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其利用不同方向的射頻電場和高壓脈衝電場協同作用來進行電漿增強化學沉積反應形成所述DLC膜。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其利用低功率射頻放電維持電漿環境，抑制高壓放電過程的弧光放電，由此提高化學沉積效率。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其通過控制偏壓值來控制DLC膜的性能，保持較高的沉積效率，獲得較高的表面硬度和高透過率的DLC膜。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其通過控制射頻功率來改變離子濃度，增加鍍膜效率。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其通過控制腔體壓力來調節輝光現象，以調節成膜速率和膜層質量。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其能夠通過控制射頻和高壓脈衝的放電特性、反應氣體的流量以及鍍膜時間等工藝參數，來獲得目標DLC。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其中在一個實施例中，所述射頻電場和高壓脈衝電場的方向相互垂直。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其中所述DLC膜適於被沉積於電子設備及其配件的表面，且保持良好的透光性。

本發明的一個目的在於提供一DLC膜製備裝置和製備方法，其中PECVD沉積過程反應時間較短，沉積效率較高，使得整體生產效率高，適於大規模生產應用。

為了實現以上至少一目的，本發明的一方面提供一DLC膜製備裝置，其包括：一主體，所述主體具有一反應腔室，所述反應腔室用於放置一基體；一電漿源單元；和至少一氣體供給部，所述氣體供給部用於向所述反應腔室提供反應氣體，所述電漿源單元被設置於所述主體外部，向所述反應腔室提供射頻電場，以促進產生電漿，使得所述反應氣體通過PECVD方式沉積於所述基體的表面形成一DLC膜。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其包括一射頻電源，所述射頻電源電連接所述電漿源單元，為所述電漿源單元提供電源。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述電漿源單元包括一進氣框、一隔離板和一感應線圈，所述進氣框被密封地設置於所述主體外部，所述隔離板位於所述進氣框和所述感應線圈之間。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述進氣框具有一連通通道，連通所述主體的所述反應腔室和所述氣體供給部。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述進氣框具有至少一連通孔和一主通道，所述主體具有一窗口，所述窗口連通所述反應腔室，所述主體的所述窗口和所述進氣框的所述連通孔以及所述主通道連通形成所述連通通道。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述連通口和所述主通道位於相互垂直的方向。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述進氣框具有至少一連通孔、一內連通道、一布氣孔和一主通道，所述連通孔連通外部，用於輸入氣體，所述布氣孔被設置於所述進氣框內側並且連通所述主通道，所述內連通道連通所述連通孔和所述布氣孔，所述主體的所述窗口、所述進氣框的所述連通孔、所述內連通道、所述布氣孔和所述主通道連通形成所述連通通道。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中多個所述內連通道相互連通形成一內環形通道。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述電漿源單元進一步包括一外蓋板，所述感應線圈被夾持於所述隔離板和所述外蓋板之間。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述進氣框包括一主框體和一插接組件，所述主框體被密封地設置於所述主體的外部，所述插接組件被設置於所述主框體的外部，所述隔離板、所述感應線圈和所述外蓋板被插接於所述插接組件。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述隔離板是陶瓷密封板。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述電漿源單元是一種射頻感應耦合電漿源，提供感應耦合電場。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述DLC膜製備裝置包括一置物極板和一脈衝電源，所述置物極板被容納於所述反應腔室內，所述置物極板電連接所述脈衝電源，用於向所述反應腔室提供脈衝電場，所述基體適於被放置於所述置物極板。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述置物極板具有一氣孔，連通所述置物極板的兩側。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其包括多個置物極板，多個所述置物極板平行間隔地佈置。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述脈衝電源電壓控制範圍為-200V─-5000V。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述氣體供給部包括一電漿源供給部，所述電漿源供給部用於向所述反應腔室提供一電漿源氣體，以激活PECVD沉積反應。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述電漿源氣體選自組合：惰性氣體、氮氣、氟碳氣體中的一種或多種。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述氣體供給部包括一反應氣體原料供給部，所述反應氣體原料供給部用於向所述反應腔室提供一碳氫氣體CxHy，所述碳氫氣體CxHy通過PECVD方式沉積於所述基體表面，以形成所述類金剛石薄膜。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述氣體供給部包括一輔助氣體供給部，所述輔助氣體供給部用於向所述反應腔室提供一輔助氣體，所述輔助氣體用於調節所述類金剛石薄膜中的C-H含量，與所述碳氫氣體CxHy反應沉積於所述基體的表面形成所述類金剛石薄膜。

根據一個實施例所述的DLC膜製備裝置，其中所述輔助氣體選自組合：氮氣、氫氣、氟碳氣體中的一種或多種。

根據一個實施例所述的類金剛石薄膜製備裝置，其包括一溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊被設置於所述基體放置位置的等效位置。

本發明的另一方面提供一DLC膜製備方法，其包括，向一反應腔室提供一反應氣體，在一射頻電場和一脈衝電場的作用下，促使反應氣體通過PECVD方式沉積於所述反應腔室內的一基體的表面形成一DLC膜。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中在控制過程中，先打開射頻電場，後打開脈衝電場。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中所述射頻電場被設置於所述脈衝電場外部。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中所述射頻電場是感應耦合電場。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中包括步驟：向所述反應腔室提供一電漿源氣體，以激活PECVD沉積反應，所述射頻電場和所述脈衝電場同時作用於所述電漿源氣體。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中包括步驟：向所述反應腔室提供一輔助氣體，所述輔助氣體用於調節所述類金剛石薄膜中的C-H含量，與所述碳氫氣體CxHy反應沉積於所述基體的表面形成所述DLC膜。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中在所述反應腔室內設置一置物極板，所述置物極板電連接一脈衝電源，以在所述反應腔室內提供所述脈衝電場。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中包括步驟：檢測所述基體等效位置的溫度，以反饋控制。

本發明的另一方面提供一DLC膜製備方法，其包括步驟：a)向一裝載了基體的反應腔室通入一電漿源氣體；b)打開脈衝電源和射頻電源，分別提供射頻電場和脈衝電場，激活所述電漿源氣體產生電漿；和c)向所述反應腔室中通入一碳氫氣體CxHy，在所述基體表面沉積DLC膜。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中在所述步驟b) 中，先打開射頻電源，後打開脈衝電源。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中包括步驟：在脈衝電場外部設置射頻電場。

根據一個實施例所述的DLC膜製備方法，其中步驟c)包括步驟：向所述反應腔室提供一輔助氣體，所述輔助氣體用於調節所述類金剛石薄膜中的C-H含量，與所述碳氫氣體CxHy反應沉積於所述基體的表面形成所述類金剛石薄膜。

根據一個實施例所述的類金剛石薄膜製備方法，其中包括步驟：抽取所述反應腔室中的氣體，調節所述反應腔室中的氣體壓強大小。

根據一個實施例所述的類金剛石薄膜製備方法，其中包括步驟：檢測所述基體等效位置的溫度，以反饋控制。

10:主體

1001:窗口

100:反應腔室

20:氣體供給部

21:電漿源供給部

22:反應氣體原料供給部

23:輔助氣體供給部

24:控制閥

25:匯合區

26:供給管路

30:射頻電源

40:脈衝電源

50:電漿源單元

51:進氣框

5100:連通通道

5101:連通孔

5102:主通道

5103:內連通道

5104:內布氣孔

5105:安裝孔

511:主框體

512:插接組件

5200:內環形通道

52:隔離板

53:感應線圈

54:外蓋板

60:置物極板

70:泵系統

71:壓力調節閥

80:溫度檢測模塊

90:控制部

圖1是根據本發明的一個實施例的DLC製備方法框圖。

圖2是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置框圖。

圖3是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置簡圖。

圖4A-4B是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的一種實施方式立體圖。

圖5A是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的一種實施例方式的分解示意圖。

圖5B是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的進氣框的變形實施例的示意圖。

圖6是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的變形實施方式簡圖。

圖7是根據本發明的一個實施例的類金剛石薄膜的透射電鏡圖。

以下描述用於揭露本發明以使本領域技術人員能夠實現本發明。以下描述中的優選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發明的基本原理可以應用於其他實施方案、變形方案、改進方案、等同方案以及沒有背離本發明的精神和範圍的其他技術方案。

本領域技術人員應理解的是，在本發明的揭露中，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係是基於附圖所示的方位或位置關係，其僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此上述術語不能理解為對本發明的限制。

可以理解的是，術語“一”應理解為“至少一”或“一個或多個”，即在一個實施例中，一個元件的數量可以為一個，而在另外的實施例中，該元件的數量可以為多個，術語“一”不能理解為對數量的限制。

對“一個實施例”、“實施例”、“示例實施例”、“各種實施例”、“一些實施例”等的引用指示這樣的描述本發明的實施例可包括特定特徵、結構或特性，但是不是每個實施例必須包括該特徵、結構或特性。此外，一些實施例可具有對其它實施例的描述的特徵中的一些、全部或沒有這樣的特徵。

圖1是根據本發明的一個實施例的DLC製備方法框圖。圖2是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置框圖。圖3是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置簡圖。

參考圖1-圖5A，本發明提供一DLC膜製備裝置，所述DLC膜製備裝置用於進行PECVD反應，從而製備一DLC膜，所述DLC膜適於被沉積一基體的表面，以改善所述基體的表面性能。更進一步，所述DLC膜製備裝置用於通過電漿增強化學沉積(PECVD)方式向所述基體表面化學沉積形成所述DLC膜。換句話說，所述基體被放置於所述DLC膜製備裝置的反應腔室中進行電漿增強化學氣相沉積而在所述基體的表面形成所述DLC膜。

“基體”是指待鍍膜的小面積或者大面積物件或者具有通過本發明的方法改進的表面。本文中所指的基體可以是由玻璃、塑料、無機材料或者具有待鍍膜的或者改進的表面的任何其它材料。所述基體可以是電子設備及其配件，舉例地但限於智能手機、平板電腦、電子閱讀器、可穿戴設備、電視機、電腦顯示屏、玻璃屏幕、柔性屏。

“電漿”是指電子，正、負離子，激發態原子、分子以及自由基混雜的狀態。

進一步，根據本發明的一個實施例，所述DLC膜製備裝置以碳氫氣體CxHy作為反應氣體原料，進行電漿增強化學氣相沉積得到所述DLC膜。

所述DLC膜能夠提高所述基體的表面剛性，比如提高莫氏硬度，也可以提高所述基體的耐摔性能以及耐摩擦性能。所述DLC是納米膜，具有較小的厚度，其厚度範圍舉例地但不限於10~2000nm。

所述DLC膜製備裝置通過PECVD工藝將CxHy氣體反應原料氣相沉積於所述基體的表面，借助電漿的化學沉積反應過程，可以使得所述DLC膜的厚度較小，如納米尺寸，且在PECVD沉積過程中能夠通過控制工藝參數來獲取目標性的所述DLC膜。比如，控制獲取預定厚度的所述DLC。也就是說，預定厚度的所述DLC膜分別是在不同的預定反應條件下獲得，而不是任意數值的選取。

CxHy中x為1-10的整數，y為1-20的整數。所述反應氣體原料可以是單一氣體，也可以是兩種或者兩種以上的氣體混合物；優選地，所述碳氫氣體選自常壓下為氣態的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙烯、丙炔，也可以是經過減壓或者加熱蒸發形成的蒸氣，比如苯蒸氣、甲苯蒸氣。

電漿增強化學氣相沉積(PECVD)工藝相較于現有的其它沉積工藝具有很多優點：(1)幹式成膜不需要使用有機溶劑；(2)電漿對基體表面的刻蝕作用，使所沉積上的薄膜與基體粘結性好；(3)可以對不規則基體表面均勻沉積鍍膜，氣相滲透性極強；(4)塗層可設計性好，相比於液相法微米級控制精度，化學氣相法可在納米級尺度進行塗層厚度的控制；(5)塗層結構設計容易，化學氣相法使用電漿激活，對不同材料的複合塗層不需要設計特定的引發劑進行引發，通過輸入能量的調控即可將多種原材料複合在一起；(6)緻密性好，化學氣相沉積法在電漿引發過程中往往會對多個活性位點進行激活，類似於溶液反應中一個分子上有多個官能團，分子鏈之間通過多個官能團形成交聯結構；(7)作為一種鍍膜處理技術手段，其普適性極好，鍍膜的對象、鍍膜使用的原材料選擇的範圍都很廣。

所述電漿增強化學氣相沉積(PECVD)工藝通過輝光放電產生電漿，放電的方法包括微波放電、射頻放電、紫外、電火花放電等。

進一步，根據本發明的一個實施例，所述DLC膜製備裝置在製備所述DLC膜時，向所述DLC膜製備裝置中通入一電漿源氣體，其用於激活所述反應氣體原料的化學沉積反應。所述電漿源氣體舉例地但限於惰性氣體、氮氣、氟碳氣體，其中惰性氣體舉例地但不限於He、Ar，氟碳氣體舉例地但不限於四氟化碳。所述電漿源氣體是可以單一氣體，也可以是兩種或者兩種以上的氣體的混合物。所述等離子源氣體可以與所述反應氣體原料同時通入，也可以先後通入。優選地，先通入所述電漿源氣體，而後再通入所述反應氣體原料。當然，在本發明的一個實施例中，也可以沒有所述電漿源氣體，也就是說，直接由所述反應氣體原料沉積於所述基體表面，此時需要的反應氣體原料的量增加，以及在一定程度上會影響反應速度。

進一步，根據本發明的一個實施例，所述DLC膜製備裝置在製備所述DLC膜時，在所述DLC膜製備裝置中通入一輔助氣體，所述輔助氣體與所述反應氣體原料配合形成所述DLC膜，也就是說，其將作為類金剛石薄膜的組成部分。所述輔助氣體是非碳氫氣體，即CxHy之外的氣體，含有C、H之外的元素。所述輔助氣體用於調節所述DLC膜的性能，比如調節剛性提高柔韌性。通過所述輔助氣體的添加可以調節單純碳氫氣體形成的所述DLC膜中的C-C含量和/或C-H以及其它鍵的含量，以及結合所述輔助氣體自身的特徵來調整所述DLC膜的性能。

所述輔助氣體舉例但不限於氮氣，氫氣，氟碳氣體，所述輔助氣體可以與所述反應氣體原料同時通入，也可以先後通入，優選地，所述輔助氣體與所述反應氣體原料同時通入。也就是說，由此可以制得不同氫含量的含氫類金剛石薄膜或者含氮類金剛石薄膜、含氟類金剛石薄膜等。所述輔助氣體可以調節所述DLC膜中的C-H鍵、C-N鍵、N-H鍵的比例含量，由此改變所述DLC的性能。

值得一提的是，所述輔助氣體的加入能夠調節所述DLC膜的性能，其在增加改善性能同時會相對弱化所述DLC膜的剛性以及原本的性能，因此需要平衡添加量。發明人發現，當加入所述輔助氣體時，可以改善所述DLC膜的預定性能，但是當所述輔助氣體的加入量增加到一定程度時，所述DLC膜的硬度會明顯下降。比如，當所述輔助氣體是氫氣時，所述輔助氣體的作用是調節所述DLC膜中的碳氫比例，比如增加C-H鍵的含量，提高所述DLC膜的柔韌性。值得一提的是，當所述氫氣的含量大於預定範圍時，所述輔助氣體會破壞所述DLC膜的剛性，因此需要控制加入的含量。當氫氣含量大於40%時，其剛性會明顯下降。含氫量較高的DLC膜相較於含氫量較低的DLC膜有著更高的潤滑性和透明性，一定量的氫有利於SP3鍵的形成，在一定程度上可以提高硬度，但隨著氫含量的進一步提高，類金剛石薄膜的硬度會逐步下降。

還值得一提的是，所述輔助氣體的加入不僅能夠調整所述 DLC膜的性能，其還能夠增加PECVD反應過程的離化濃度，促使反應更加快速地進行。

進一步，根據本發明的一個實施例，在所述DLC膜製備裝置在製備所述DLC膜時，採用射頻電場和脈衝電場的共同作用來輔助完成電漿增強化學沉積過程。優選地，射頻和高壓脈衝同時作用於PECVD沉積過程。在射頻和高壓脈衝共同作用的過程中，利用低功率射頻放電維持電漿環境，抑制高壓放電過程的弧光放電，由此提高化學沉積效率。

射頻可通過對惰性氣體、反應氣體原料的放電使整個鍍膜過程處於電漿環境，反應氣體原料處於高能量狀態；脈衝高電壓的作用是脈衝電源在放電過程中產生強電場，處於高能狀態的活性粒子受到強電場作用加速沉積於基體表面，形成非晶態碳網絡結構。脈衝電場處於不放電的狀態時，利於沉積在基體表面的DLC薄膜進行非晶態碳網絡結構自由馳豫，在熱力學作用下碳結構向穩定相---彎曲石墨烯片層結構轉變，並埋置於非晶碳網絡中，形成透明類石墨烯結構。也就是說，射頻電場、變化的脈衝電場相互結合作用，使得所述DLC膜能夠快速、穩定地沉積於基體的表面。參考圖7，是根據本發明的一個實施例的類金剛石薄膜的透射電鏡圖，所述DLC膜由非晶和納米晶結構組成。

進一步，所述DLC膜製備裝置在製備所述DLC膜時，所述電漿源氣體、所述反應氣體原料和所述輔助氣體被分階段地加入所述DLC膜製備裝置中，相應地，所述射頻電場和所述脈衝電場被選擇性地分階段施加於被反應氣體原料。

舉例地但不限於，在一個實施例中，當所述電漿源氣體被加入所述DLC膜製備裝置中時，也可以稱為處於第一階段時，施加射頻電場和脈衝電場。在該階段中，所述電漿源氣體在射頻電場和脈衝電場的作用下形成部分電漿，以及通過氣體分子之間的相互作用，比如相互撞擊作用，進一步促進產生部分電漿。優選地，在打開所述射頻電場和脈衝電場時，先打開所述射頻電場，而後打開所述脈衝電場，這種方式中更容易啟輝，從而使得離化作用更好；當所述反應氣體原料和所述輔助氣體原料被加入時，也可以稱為第二階段，同時施加所述射頻電場和所述脈衝電場，也就是保持所述射頻電源和脈衝電源的打開。在該階段中，部分所述反應氣體原料在所述射頻電場和所述脈衝電場的作用下產生電漿，部分所述反應氣體在所述電漿源氣體產生的電漿的激發作用下產生電漿，部分所述輔助氣體在所述射頻電場和所述脈衝電場的作用下產生電漿，部分所述輔助氣體在其它電漿的作用被激發產生電漿，由此所述DLC膜製備裝置中的電漿濃度不斷升高，由此激活電漿的沉積反應過程，使得所述DLC膜能夠快速、有效地沉積於所述基體表面。本領域技術人員可以理解的是，電漿增強化學氣相沉積過程是一個非常複雜的反應過程，其進行離化沉積過程發生的反應不限於上述內容。

當所述電漿源氣體被加入所述DLC膜製備裝置時，也可以稱為處於第一階段時，僅施加所述脈衝電場。在該階段中，所述電漿源氣體在脈衝電場的作用下形成至少部分電漿，以及氣體分子之間的相互作用，比如相互撞擊作用，進一步促進產生電漿。當所述反應氣體原料和所述輔助氣體原料被加入時，也可以稱為第二階段，同時施加所述射頻電場和所述脈衝電場。在該階段中，部分所述反應氣體原料在所述射頻電場和所述脈衝電場的作用下產生電漿，部分所述反應氣體在所述電漿源氣體產生的電漿的激發作用下產生電漿，部分所述輔助氣體在所述射頻電場和所述脈衝電場的作用下產生電漿，部分所述輔助氣體在其它電漿的作用被激發產生電漿，由此所述DLC膜製備裝置中的電漿濃度不斷升高，由此激活電漿的沉積反應過程，使得所述DLC膜能夠快速、有效地沉積於所述基體表面。

在一個實施例中，所述射頻電源和所述高壓脈衝電源可以同時施加，也可以先後施加。在一個實施例中，在加入所述電漿源氣體時，先施加所述高壓脈衝電源，在加入所述反應氣體原料時，再施加所述射頻電源，由此使得兩個電場先後配合工作。在一個實施例中，在加入所述電漿源氣體時，施加所述射頻電源，在加入所述反應氣體原料時，再施加所述高壓脈衝電源，由此使得兩個電場先後配合工作。

值得一提的是，射頻電場和脈衝電場的選擇影響沉積形成的所述DLC膜的性能，而對於不同的裝置結構，其優選的方式存在差異，在本發明的射頻電場和脈衝電場內外佈置的這種裝置結構中，在第一階段和第二階段脈衝電場和射頻電場同時施加成膜的效果要優於單獨施加脈衝電場或者射頻電場，且在打開順序上，先打開射頻電場，後打開脈衝電場要優於同時打開射頻電場和脈衝電場以及先打開脈衝電場，後打開射頻電場的方式，先打開射頻電場，再打開脈衝電場的方式，氣體更容易啟輝而產生電漿。值得一提的是，在一些實施例中，在第一階段中加入的所述電漿源氣體只產生部分電漿，但是由於其基本性質，比如惰性氣體，其不會沉積於所述基體的表面，或者說其並不構成所述類金剛石膜的組成成分。在所述電漿源形成電漿時，電漿作用於所述基體的表面，對所述基體的表面產生蝕刻作用，即清除所述基體表面的殘留物，並且為所述反應氣體原料的沉積準備基礎。所述電漿源對所述基體的表面蝕刻作用，使得所述DLC膜更加牢固地沉積於所述基體的表面。在一些實施例中，在所述第一階段加入的所述電漿源氣體只產生部分電漿，其不僅會對所述基體產生蝕刻作用，且會沉積於所述基體的表面，比如和第二階段的所述反應原料氣體共同進行沉積反應。比如氮氣和氟碳氣體，其和第二階段的所述反應氣體原料碳氫氣體共同進行沉積反應，可以調節所述DLC膜中的C-H鍵、C-N鍵、N-H鍵的比例含量，由此改變所述DLC膜的性能。

在所述第二階段，所述反應源氣體和所述輔助氣體共同氣相沉積於所述基體的表面形成所述DLC膜。

值得一提的是，射頻和高壓脈衝的共同作用增強了沉積效率，使得在所述基體表面能夠有效沉積形成保護膜，也就是說，在較短時間內化學沉積反應形成所述DLC膜，由此提高了生產效率，使得所述DLC膜能夠被批量化的工業生產。

進一步，在所述DLC膜製備裝置在製備所述DLC膜時，控制進入裝置的氣體流量，以控制所述DLC膜的沉積速率，以及沉積厚度。舉例地，控制所述電漿源氣體、所述反應氣體原料和所述輔助氣體的氣體流量。在所述DLC膜製備裝置在製備所述DLC膜時，控制反應腔體內的壓強大小、射頻功率大小、脈衝電壓、占空比以及鍍膜時間等工藝參數，由此獲得預期的所述DLC膜。也就是說，通過調節、控制氣體流量、反應腔體內的壓強大小、射頻功率大小、脈衝電壓、占空比以及鍍膜時間等工藝參數能夠控制獲得的所述DLC膜的性能，包括厚度、硬度、透明性等。

進一步，在所述DLC膜製備裝置在製備所述DLC膜時，控制所述製備裝置中的反應溫度，比如通過溫度檢測模塊來檢測基體周圍的溫度，並且反饋調節其它工藝參數，使得溫度控制在預定範圍，製備裝置內的溫度範圍為25℃~100℃。優選地，溫度範圍為25℃~50℃。

圖2是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置框圖。圖3是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置簡圖。圖4A-4B是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的一種實施方式立體圖。圖5A是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的一種實施例方式的分解示意圖。

參考圖2和圖3，本發明提供一所述DLC膜製備裝置，所述DLC膜製備裝置用於製備所述DLC膜，進一步，所述DLC裝置用於通入反應氣體進行PEDVD沉積，在基體表面形成所述DLC膜。

所述DLC膜製備裝置包括一主體10，並且具有一反應腔室100，所述反應腔室100供容納所述基體，以及供通入的氣體進行沉積反應，所述主體100形成所述反應腔室100。

其優選地，所述反應腔室100是一密閉腔室，也就是說，所述反應腔室100不會在非控制狀態下氣體流通。

進一步，所述多個氣體供給部20包括一電漿源供給部21、一反應氣體原料供給部22和一輔助氣體供給部23。所述電漿源供部21被可控制地連通所述反應腔室100，所述電漿源供給部21用於向所述反應腔室100供給所述電漿源氣體。所述電漿源氣體舉例地但不限於惰性氣體、氮氣、氟碳氣體，其中惰性氣體舉例地但不限於He、Ar，氟碳氣體舉例地但不限於四氟化碳。所述電漿源氣體可以是單一氣體，也可以是兩種或者兩種以上的氣體的混合物。

所述反應氣體原料供給部22可控制地連通所述反應腔室100，所述反應氣體原料供給部22用於向所述反應腔室100供給所述反應氣體原料。所述反應氣體原料是碳氫氣體CxHy，CxHy中x為1-10的整數，y為1-20的整數。所述反應氣體原料可以是單一氣體，也可以是兩種或者兩種以上的氣體混合物；優選地，所述碳氫氣體選自常壓下為氣態的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙烯、丙炔，也可以是經過減壓或者加熱蒸發形成的蒸氣，比如苯蒸氣、甲苯蒸氣。

所述輔助氣體供給部23被可控制地連通所述反應腔室100，所述輔助氣體供給部23用於向所述反應腔室100供給所述輔助氣體。輔助氣體舉例地但不限於氫氣、氮氣、氟碳氣體。

根據本發明的實施例，所述電漿源供給部21包括多個供給管路26，分別用於供給不同的所述電漿源氣體。更具體地，所述電漿源供給部21的供給管路26的數量或者說連通數量由需要通入的所述電漿源氣體決定。也就是說，當需要通入的所述電漿源的氣體種類為1時，所述電漿源供給部21的供給管路26數量為1，當需要通入的所述電漿源氣體種類數量為2時，所述電漿源供給部21的供給管路26的數量為2，依次類推。優選地，所述電漿源供給部21的每個供給管路26供給單一的氣體，也就是說，一個供給管路26只通過一種氣體，而不是多種氣體或者混合氣體，通過的方式，可以防止氣體之間的預先反應，以及方便控制通入的氣體量的多少。可選地，在一些實施例中，所述管路中可以通入多種氣體，或者在多個管路中通入同一種氣體。

在本發明的一個實施例中，所述電漿源供給部21的多個供給管路26包括一個供給管路26，所述供給管路26用於向所述反應腔體通入所述電漿源氣體。舉例地，在一個實施例中，所述電漿源供給部21的供給管路26用於供給氬氣。

所述反應氣體原料供給部22包括多個供給管路26，分別用於供給不同的所述反應氣體原料。更具體地，所述反應氣體原料供給部22的供給管路26的數量或者說連通數量由需要通入的所述反應氣體原料決定。也就是說，當需要通入的所述反應氣體原料的氣體種類為1時，所述反應氣體原料供給部22的供給管路26數量為1，當需要通入的所述反應氣體原料的氣體種類數量為2時，所述反應氣體原料供給部22的供給管路26的數量為2，依次類推。優選地，所述反應氣體原料供給部22的每個供給管路26供給單一的氣體，也就是說，一個供給管路26只通過一種氣體，而不是多種氣體或者混合氣體，通過這樣的方式，可以防止氣體之間的預先反應，以及方便控制通入的氣體量的多少。可選地，在一些實施例中，所述管路中可以通入多種氣體，或者在多個管路中通入同一種氣體。

在本發明的一個實施例中，所述反應氣體原料供給部22的包括兩個供給管路26，分別用於通入兩種不同的氣體，舉例地但限於，其中一個所述管路供給甲烷，另一個所述管路用於供給乙炔。

所述輔助氣體供給部23包括多個供給管路26，分別用於供給不同的所述輔助氣體。更具體地，所述輔助氣體供給部23的供給管路26的數量或者說連通數量由需要通入的所述輔助氣體決定。也就是說，當需要通入的所述輔助氣體的氣體種類為1時，所述輔助氣體供給部23的供給管路26 數量為1，當需要通入的所述輔助氣體的氣體種類數量為2時，所述輔助氣體供給部23的供給管路26的數量為2，依次類推。優選地，所述輔助氣體供給部23的每個供給管路26供給單一的氣體，也就是說，一個供給管路26只通過一種氣體，而不是多種氣體或者混合氣體，通過的方式，可以防止氣體之間的預先反應，以及方便控制通入的氣體量的多少。可選地，在一些實施例中，所述管路中可以通入多種氣體，或者在多個管路中通入同一種氣體。

在本發明的一個實施例中，所述輔助氣體供給部23的包括一個供給管路26，所述供給管路26用於向所述反應腔體通入所述輔助氣體。舉例地，在一個實施例中，所述輔助氣體供給部23的供給管路26用於供給氫氣。

根據本發明的一個實施例，所述類金剛石薄膜製備裝置包括一匯合區25，所述匯合區25連通所述反應腔室100，所述匯合區25用於將各所述氣體供給部20的氣體匯合。也就是說，所述匯合部連通所述電漿源供給部21、所述反應氣體原料供給部22以及所述輔助氣體供給部23。在本發明的一個實施例中，通入的氣體經過所述匯合區匯合後送入所述反應腔室100。當然，在本發明的其它實施例中，各所述供給部也可以獨立將氣體送入所述反應腔室100。

所述氣體供給部20包括一控制閥24，所述控制閥24用於控制氣體的通斷。更進一步，所述氣體供給部20包括多個控制閥24，分別被設置於所述電漿源供給部21、所述反應氣體原料供給部22以及所述輔助氣體原料供給部的供給管路26，以分別控制各管路中的氣體流通。

所述類金剛石薄膜製備裝置包括一射頻電源30和一脈衝電源 40，所述射頻電源30用於向所述反應腔室100提供射頻電場，所述脈衝電源40用於向所述反應腔室100提供脈衝電場。

圖4A-4B是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的一種實施方式立體圖。圖5A是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的一種實施例方式的分解示意圖。圖5B是進氣框的變形實施例。圖6是根據本發明的一個實施例的DLC膜製備裝置的變形實施方式簡圖。

所述DLC膜製備裝置包括一電漿源單元50，所述電漿源單元50電連接於所述射頻電源30，以便於從所述射頻電源30獲取電能而產生射頻電場。

所述電漿源單元50被設置於所述主體10的外部，舉例地但不限於，所述電漿源單元50被設置於所述主體10的至少一側。舉例地，當所述主體10是方形結構時，所述電漿源單元可以被設置於所述主體10的六個側面的其中任一或者多個側面，當所述主體10是柱體結構時，所述電漿源單元能夠被設置於所述主體10的環形側面和/或者兩底面。

優選地，所述電漿源單元是一種射頻感應耦合電漿源(Radio Frequency Inductively Coupled Plasma Source，RF-ICP)，用於向所述反應腔室100提供感應耦合電場，以產生電漿。

所述電漿源單元50包括一進氣框51、一隔離板52和一感應線圈53，所述進氣框51被密封地連接於所述主體10，更具體地，所述進氣框51被貼靠於所述主體10的一側面。所述隔離板52被設置於所述進氣框51和所述感應線圈53之間。

參考圖5A，所述進氣框51具有至少一連通通道5100，所述連通通道5100用於連通所述主體和所述氣體供給部，以便於通過所述氣體供給部向所述主體的所述反應腔室通入氣體原料。所述主體10具有一窗口1001，所述窗口1001連通所述反應腔室100和外部。所述連通通道5100連通所述窗口1001。也就是說，在工作時，所述氣體供給部20供給氣體，氣體進入所述進氣框51，通過所述進氣框51的所述連通通道5100以及所述窗口1001進入所述反應腔室100。

進一步，所述進氣框51具有至少一連通孔5101和一主通道5102，所述連通孔5101連通所述主通道5102形成一個所述連通通道5100。更具體地，所述連通孔5101被設置於所述進氣框51的橫向，即坐標中的Y方向或者Z方向，也就是說，所述連通孔5101所在的平面與所述主體10的外側面大致平行。所述主通道5102被設置於所述進氣框51的縱向，即，坐標中的X方向，也就是說，所述主通道5102的方向垂直於所述主體10的外側面。換句話說，氣體進入所述進氣框51的方向和氣體進入所述反應腔室100的方向不同，更具體地，氣體進入所述進氣框51的方向和氣體進入所述反應腔室100的方向相互垂直。

值得一提的是，所述氣體供給部20需要通過管路連通至所述進氣框51，而所述隔離板52和所述感應線圈53被直接安裝於所述進氣框51的外側，也就是說，所述進氣框51為所述隔離板52和所述感應線圈53提供安裝位置，而進入的氣體通過所述感應線圈53產生的感應耦合電場的作用而形成電漿，因此，將氣體進入的通道，即所述連通孔5101設置在橫向，而將所述主通道5102，氣體進入所述反應腔室100的通道，設置在縱向，更加高效地利用所述主體10的外部空間，使得所述DLC膜製備裝置的主要體積不會太大，減少放置空間的佔用。

所述主通道5102的尺寸大於所述連通孔5101的直徑尺寸，或者說，所述主通道5102的容量大於所述連通孔5101的容量，值得一提的是，所述連通孔5101是氣體進入的通道，通過較小的尺寸可以更加精確地控制氣體流速。所述進氣通道，是經過所述感應線圈53的作用形成電漿的通道，更大的空間使得感應電場的作用面積更大，並且更多的氣體分子或者離子之間的相互作用更強。

進一步，所述連通孔5101可以是直線延伸的形狀，也可以是曲線或者其它不規則形狀，也就是說，所述連通孔5101內部可以沿所述進氣框51側邊直線延伸，也可以是曲線貫穿所述進氣框51的側邊。所述連通孔5101的數量可以是一個或多個，在本發明的一個實施例中，分別在所述進氣框51的四個側邊設置一個所述連通孔5101，分別連通所述主通道5102，從而使得所述進氣框51的側邊空間都可以被利用。

所述進氣框51具有多個安裝孔5105，所述安裝孔5105用於通過固定元件將所述進氣框安裝於所述主體10，舉例地但不限於，通過螺釘穿過所述安裝孔5105將所述進氣框固定於所述主體10。

參考圖5B，是根據發明的所述進氣框51的另一變形實施例，在這個實施例中，所述進氣框51進一步具有一內連通道5103，所述內連通道5103被設置於所述進氣框51的內部，在內部連通相鄰的兩個所述連通孔5101。所述進氣框51的內側具有至少一內布氣孔5104，所述內布氣孔5104連通所述內連通道5103和所述主進氣通道5102。也就是說，在本發明的這個實施例中，所述連通孔5101並不是直接連通所述主通道5102，而是通過所述內連通道5103以及所述內布氣孔5104連通所述主通道5102。優選地，多個所述內布氣孔5104分別被佈置於所述進氣框51內側的不同位置，舉例地但不限於，所述進氣框51的四個邊框內側，由此更加均勻地進入所述主通道5102。

在發明的一個實施中，所述進氣框51具有多個所述內連通道5103，分別相同連通，形成一內環形通道5200，由此使得通過任意一個所述連通孔5101都可以將氣體送入，而通過另一側的任一所述布氣孔5104將氣體輸送至所述主通道5102。

進一步，不同的氣體可以在所述內連通道5103或者形成的所述內環形通道5200中進行於預先的匯合，使得氣體混合更加充分，並且可以初步的反應，形成更多的電漿。

進一步，所述布氣孔5104的數量可以多於所述連通孔5101的數量，由此可以更加快速或者氣量較多地進入所述主通道5102，在所述主通道形成更多電漿，並且進入所述反應腔室100。

在本發明的一個實施例中，所述進氣框51可以具有一個所述連通孔5101，用於進氣，也就是說，當有多種氣體需要輸送時，可以先匯合通過所述連通孔5101進入，或者可以先後通過同一個所述連通孔5101進入所述內連通道5103，進而通過所述內布氣孔5104分散至所述主通道5102的各個位置。

所述隔離板52封堵所述主通道5102的其中一端口，隔離所述進氣框51的所述主通道5102和所述感應線圈53，也就是說，氣體由所述連通孔5101進入，通過所述主通道5102進入所述反應腔室100，而不會流動到所述感應線圈53一側。進一步，所述隔離板52密封、隔離氣體但是不隔離電場，也就是說，所述主通道5102內的氣體或者所述反應腔室100內氣體能夠接收到所述感應線圈53的感應電場作用。優選地，所述隔離板52是陶瓷密封板，從而減少對所述感應線圈53的感應電場饋入所述主通道5102和所述反應腔室100的影響。

所述電漿源單元50進一步包括一外蓋板54，所述外蓋板54被設置於所述感應線圈53的外側，換句話說，所述感應線圈53被夾持於所述隔離板52和所述外蓋板54之間。

所述進氣框51包括一主框體511和一插接組件512，所述主框體511被密封地設置於所述主體10的外側，所述插接組件512被設置於所述主框體511的外側，所述隔離板52、所述感應線圈53和所述外蓋板54依次被插接於所述插接組件512，從而通過所述插接組件512將所述隔離板52、所述感應線圈53和所述外蓋板54可拆卸地固定於所述主框體511。

【1】所述DLC膜製備裝置包括一置物極板60，所述置物極板60電連接所述脈衝電源40，以便於從所述脈衝電源40獲取電能而產生脈衝電場。所述置物極板60被設置於所述反應腔室100內，以便於向所述反應腔室100提供脈衝電場。所述置物極板是平面板狀結構，適於放置所述基體。也就是說，待沉積的樣品被放置於所述置物極板60上進行沉積作用。值得一提的是，所述置物極板60一方面用於放置所述基體，另一方面用於提供脈衝電場，也就是說，在所述基體的放置位置提供脈衝電場作用，即從所述基體的底部以及周圍提供脈衝電場作用，電場作用更加直接。

根據本發明的實施例，所述類金剛石薄膜製備裝置採用射頻電場和高壓脈衝電場的共同作用來輔助完成電漿增強化學沉積過程。優選地，射頻和高壓脈衝同時作用於PECVD沉積過程。在射頻和高壓脈衝共同作用的過程中，利用低功率射頻放電維持電漿環境，抑制高壓放電過程的弧光放電由此提高化學沉積效率。弧光放電是輝光放電進一步加強的放電形式，其瞬間電流可以達到幾十甚至幾百安培以上，這些高電流經過產品表面損壞產品，由於對於電子產品，其危害更大，而低頻率射頻放電維持低溫電漿環境，由此抑制脈衝高壓放電過程的弧光放電，射頻電場和脈衝電場相互配合來優化沉積過程，減少對待沉積的基體的損傷。

所述電漿源單元50可通過對電漿源氣體、反應氣體原料的放電使整個鍍膜過程處於電漿環境，反應氣體原料處於高能量狀態；所述脈衝電源40和所述置物極板60的脈衝高電壓的作用是脈衝電源40在放電過程中產生強電場，處於高能狀態的活性粒子受到強電場作用加速沉積於基體表面，形成非晶態碳網絡結構。所述脈衝電源40和所述置物極板60處於不放電的狀態時，利於沉積在基體表面的DLC薄膜進行非晶態碳網絡結構自由馳豫，在熱力學作用下碳結構向穩定相一彎曲石墨烯片層結構轉變，並埋置於非晶碳網絡中，形成透明類石墨烯結構。也就是說，射頻電場、變化的脈衝電場相互結合作用，使得所述DLC薄膜能夠快速、穩定地沉積於基體的表面。

值得一提的是，射頻電場和高壓脈衝電場的共同作用增強了沉積效率，使得在電子設備屏幕表面能夠有效沉積形成保護膜，也就是說，在較短時間內化學沉積反應形成所述DLC膜，由此提高了生產效率，使得所述DLC膜能夠被批量化地工業生產。

還值得一提的是，在現有技術中，通常採用磁控濺射鍍膜的方式來形成類金剛石薄膜DLC，磁控濺射工藝是PVD工藝的一種，其以塊狀石墨靶材作為碳源，其離化效率和沉積效率都較低，因此在一些場合應用上會受限。而在本發明的實施例中，PECVD碳源為氣體，通過外加的直流脈衝電源40和射頻電源30進行電離作用，離化程度和沉積效率提高，能夠形成高硬度的DLC膜層，同時成本更低。另一方面，在PVD工藝中，以石墨作為碳源靶材，在製備過程中，需要對其預先加熱，且反應速率慢，因此在整個過程中的熱量積累較多，反應溫度較高。而在本發明的PECVD反應過程中，碳源是氣體，其不需要加熱過程，沉積的薄膜較薄，沉積時間較短，因此在整個過程中的熱量積累較少，反應溫度較低，可以控制在25℃~100℃，適於一些電子設備的鍍膜。

還值得一提的是，在實際的工業生產中，生產效率是其中一個重要因素，以手機屏幕為例，其只是手機眾多部件中的其中一個，如果單純為了提高屏幕的一些性能而耗費大量的時間，這個對於實際生產應用是不可行的，比如，在現有的一些DLC膜中，雖然其能夠通過較長的反應時間達到改善性能的效果，但是其並不適於批量的生產應用，這也是限制一些膜被實際應用的一個因素之一，而在本發明的實施例中，通過所述DLC膜製備裝置，在其反應腔室100中進行PECVD化學沉積，通過射頻和高壓脈衝的共同作用，其能夠通過相對簡單的工藝過程，並且使得沉積速率有效提高，由此使得類金剛石薄膜能夠被廣泛應用於批量化的工業生產中。

根據本發明的一個實施例，所述置物極板60具有一氣孔，連通所述置物極板60兩側。所述氣孔用於進入所述反應腔室100的氣體穿過而對其產生放電作用。更進一步，當所述匯合部的通入的氣體沿所述感應耦合電漿源(ICP)的所述進氣通道進入所述反應腔室100時，在所述置物極板60周圍對所述氣體產生放電作用，促使所述氣體被離化而產生電漿。

更進一步，所述置物極板60設置多個所述氣孔，陣列地排布於所述置物極板60，以使得氣流能夠均勻地進入到達位於下方的所述置物極板60上方，並對氣流產生相對一致的電場作用。

所述氣孔可以是直線貫通的孔，也可以是曲線或者折線的方式連通所述置物極板60兩側的孔。所述氣孔的橫截面形狀可以是圓形、方形、多邊形或者其它曲線形狀。

多個所述置物極板60被間隔地平行佈置。相鄰兩所述置物極板60之間的間距為預定距離，相鄰兩所述置物極板60之間距離的選擇，一方面需要考慮相鄰兩所述置物極板60上的基體施加的電場條件，另一方面需要考慮所述空間利用率，即一次能夠沉積的樣品的和數量，比如，距離太大，脈衝電場作用較差，影響離化效率以及沉積效率，且空間利用率低，距離太小，脈衝電場作用太強，會影響基體比如電子設備的性能，且不利於樣品的取放，工作效率底，因此需要平衡不同因素的影響。舉例地，相鄰兩所述置物極板60之間的間距為10-200mm。優選地，相鄰兩所述置物極板60之間的間距為20mm-150mm。可選地，相鄰兩所述置物極板60之間的間距為20mm-30mm、30mm-40mm、40mm-50mm、50mm-60mm、60mm-70mm、70mm-80mm、80mm-90mm、90mm-100mm、100mm-110mm、110mm-120mm、120mm-130mm、130mm-140mm或140mm-150mm。

所述電漿源單元50的在所述主體10外部的設置位置和設置數量可以根據需要調整，在本發明的一個實施例中，所述電漿源單元50的數量為1個，被設置於所述主體10的一個側面，更進一步，所述電漿源單元50被設置於所述主體10的與所述置物極板60相互垂直的一個側面，參考圖3。在本發明的另一個實施例中，參考圖6，兩個所述電漿源單元50分別對稱地被設置於所述主體10的兩個側面，更進一步，兩個所述電漿源單元50分別被設置於所述主體10的與所述置物極板60相互垂直的兩個側面。

參考圖3，所述DLC膜製備裝置包括一泵系統70，所述泵系統70連接至所述反應腔室100，以調節所述反應腔室100內的氣體壓力大小。所述泵系統70包括一壓力調節閥71，所述壓力調節閥71用於調節所述反應腔室100內的壓力。所述泵系統70能夠用於抽取所述反應腔室100中的氣體，使其壓力減小或者趨向預定壓強範圍，所述泵系統70能夠用於向所述反應腔室100內輸送氣體，以提供氣體反應原料。

所述DLC膜製備裝置包括一溫度檢測模塊80，所述溫度檢測模塊80用於檢測所述反應腔室100內的溫度，以反饋控制所述類金剛石薄膜製備裝置的其它工藝參數。舉例地但不限於，所述溫度檢測模塊80是熱電偶。

優選地，所述溫度檢測模塊80被設置於所述基體放置位置的等效位置，以便於檢測所述基體的實時反應溫度。比如，所述溫度檢測模塊80被設置於所述置物板60的放置樣品位置的正下方，或者所述溫度檢測模塊80被設置與所述置物板60上放置樣品位置的周圍，或者所述溫度檢測模塊80被設置於所述置物板60上放置樣品的正上方，或者所述溫度檢測模塊80被設置於所述置物板60的放置樣品的位置，如所述基體下方的氣孔中。

所述DLC膜製備裝置的反應腔室100內的反應溫度控制範圍為25℃~100℃。優選地，溫度範圍為25℃~50℃。在上述溫度範圍對所述基體的影響較小，適於不耐高溫的產品，比如適於電子產品。

值得一提的是，主流電子產品所用材料為高分子材料，其耐熱變形能力較差，一般耐溫都在100℃以下，作為製造工藝的終端工藝，鍍膜處理需要確保改變原材料的性能，所以低溫工藝是電子產品加工的硬需求。在製備所述類金剛石薄膜時，通過與產品擺放等效位置的熱電偶來實時檢測反應溫度，控制反應溫度，使其不會影響電子設備。在形成所述類金剛石薄膜時，可以在產品的單獨部件上形成，比如在未組裝的電子屏上形成，也可以在組裝的產品上形成，比如在組裝成電子設備的屏幕上形成，工藝條件更加靈活。

所述DLC膜製備裝置包括一控制部90，所述控制部90控制所述製備裝置中反應條件，舉例地但不限於，所述控制部90控制所述等離子源供給部的氣體供給、所述反應氣體原料的氣體供給、所述輔助體的氣體供給、所述泵系統70的工作、所述溫度檢測模塊80、所述脈衝電源40以及所述射頻電源30的工作。所述控制部90能夠通過控制射頻和高壓脈衝的放電特性、反應氣體的流量以及鍍膜時間等工藝參數，來獲得目標性的所述類金剛石薄膜。

進一步，所述控制部90能夠控制所述脈衝電源40、射頻電源30的電極放電特性，能夠控制各所述氣體供給部20的氣體流量、鍍膜時間等工藝參數，以方便地獲得目標性的DLC薄膜。

值得一提的是，現有技術中的離子交換增強玻璃製備過程繁瑣，需要利用高溫加熱硝酸鉀等離子鹽形成離子浴，且離子交換時間長，成本較高。而本發明的實施例中，所述DLC膜製備裝置利用PECVD方法直接在玻璃等基材表面沉積類金剛石薄膜，常溫下即可完成，所需時間短，利於成本控制；另一方面，本發明的實施例中的所述DLC膜製備裝置通過射頻與高壓脈衝輔助電漿化學氣相沉積，利用低功率射頻放電維持電漿環境，抑制高壓放電過程的弧光放電，與現有技術中的磁控濺射等物理氣相沉積法相比整個沉積過程中基體溫度低，可應用於一些不耐高溫的電子器件的鍍膜。當對手機玻璃屏幕進行強化處理時，可以先將手機玻璃組裝完成再進行DLC氣相沉積鍍膜，也就是說，在電子設備製造完成之後再設置所述DLC膜，工藝靈活性高；另一方面，所述控制部90控制多個參數的協同作用，製備過程工藝可控性好。

參考圖1，根據本發明的實施例，提供一DLC膜的製備方法，其包括如下步驟：(A)向一裝載了基體的反應腔室100通入一電漿源氣體；(B)打開射頻電源30和脈衝電源40，激活所述電漿源氣體產生電漿；(C)將包括有碳氫氣體的反應氣體原料與輔助氣體的氣體混合物流入到反應腔室100中，在脈衝電場和射頻電場的共同作用下沉積DLC薄膜；和(D)通入空氣或者惰性氣體取出基體。

具體地，所述DLC薄膜的製備方法可以包括如下過程：

步驟(1)樣品表面清洗與活化：將在酒精、丙酮中超聲處理後的基體置於樣品室後抽真空至1.5×10-3Pa以下，通入電漿源氣體中的高純氦氣基體進行刻蝕清洗。打開射頻電源30和高壓脈衝電源40，電漿源氣體輝光放電產生電漿，對基體進行10分鐘的刻蝕清洗、活化。即，步驟(A)-步驟(B)的一種實施方式。

步驟(2)沉積DLC膜：清洗完畢後，利用射頻與高壓脈衝共同輔助電漿化學氣相沉積的方法製備透明硬質含氫類金剛石碳膜：通入碳氫氣源作為反應氣源，打開射頻電源30和高壓脈衝電源40，或者說保持步驟(1)中電源處於打開狀態，進行沉積作用，待沉積薄膜後關閉，釋放真空取出樣品。即，步驟(C)-步驟(D)的一種實施方式。

值得一提的是，所述類金剛石薄膜製備裝置是包括多層電極組，因此可以一次放置多個或者說較多數量的所述基體以及適於大面積的鍍膜需求，由此進行批量化鍍膜過程。

在步驟(1)中，樣品表面清洗與活化階段，通入氫氣的流量50sccm-200sccm，控制所述反應腔室100的壓強範圍至30mtorr以下，高壓脈衝電源40電壓-1000V、占空比10%、清洗時間10min。

在一個實施例中的步驟(1)中，需要射頻電場和高壓脈衝電場的作用來對所述基體的表面進行預處理，即步驟(B)的實施過程，只打開所述脈衝電源40，使得所述電極板60能夠放電。舉例地，在步驟(1)中，所述電漿源氣體，如氫氣或者氦氣，在高壓脈衝電場和射頻電場的作用下產生電漿，並且在基體表面進行電漿氣相沉積過程，其對基體的表面進行微量蝕刻，即剝離微量的表層，但是由於其惰性作用，其並不能沉積停留於所述基體的表面。也就是說，在該過程中，主要是對表面的部分清除，而沒有形成沉積層。步驟(1)為所述反應氣體原料的沉積準備離化條件，並且使得基體的表面被微量的蝕刻，清洗表面，使得後續沉積的類金剛石薄膜更加牢固地結合於基體的表面。

值得一提的是，加入所述反應腔室100的氣體流量對應相應的壓力大小，過高或者過低的壓力都會影響離化效果。過低的壓力達不到清洗效果，過高的壓力會存在損壞基體的風險。清洗時間長短影響清洗效果，清洗時間太短達不到清洗效果，時間過程，會有過度蝕刻的風險，且會使得整個工藝週期增長，提高工藝成本。根據本發明的實施例，在通入所述電漿源的階段，通入氫氣或者氦氣的流量50sccm-200sccm，控制反應腔中的壓力為50-150mtorr，高壓脈衝電源40電壓-200V~-5000V、占空比10%~60%、清洗時間5~15min，在這些範圍，可以較好地調節上述各種因素，使其有利於整個所述DLC膜的沉積過程。

在步驟(2)中，採用射頻和高壓脈衝電壓輔助電漿化學氣相沉積的方法製備透明硬質含氫類金剛石碳膜。該方法可以通過射頻維持整個鍍膜階段的電漿環境，通過施加在樣品基底的脈衝高電壓，脈衝電源40在放電過程中，活性粒子可以在強電場作用下沉積於基體表面，形成非晶態碳網絡結構。而不放電的過程中是非晶態碳網絡結構自由馳豫的過程，碳結構在熱力學作用下向穩定相---納米晶石墨烯片層結構轉變，並埋置於非晶碳網絡中，形成透明非晶/納米晶石墨烯片層複合結構。例如作為成膜氣體使用99.999%的甲烷、氫氣、氫氣和99.5%的乙炔(碳源由甲烷或乙炔提供，可摻雜氫氣或氫氣，碳源和摻雜氣體比例可以由5：1至1：5之間調節)，通入30~500SCCM反應氣體由氣體供給部20供給，將腔室壓力設為0.5~10Pa。此外對感應耦合電漿源(ICP)50施加100~700W，在反應腔室100內產生感應振盪電磁場，電離通過的氣體形成電漿。對陰極電極板上施加-600~-1200V偏壓，加速牽引感應耦合電漿源(ICP)形成的電漿，如此在基材上形成透明硬質納米複合膜。

含氫類金剛石碳膜鍍膜階段參數設置CH4氣體流量40-100sccm、C2H2氣體流量50-200sccm、Ar的氣體流量40-100sccm、H2的氣體流量40-100sccm、所述反應腔室100內的壓強控制範圍50-150mTorr、射頻電源30功率範圍50-300W，偏壓脈衝電源40電壓-200V─-5000V、占空比10%-80%、鍍膜時間5-30min，最終得到5-1000nm的透明硬質含氫類金剛石碳膜。

在所述反應氣體原料沉積的階段，通入的不同氣體流量比影響所述DLC膜的原子比例，影響膜層的性能，根據本發明的實施例，當CH4氣體流量40-100sccm、C2H2氣體流量50-200sccm、Ar的氣體流量40-100sccm、H2的氣體流量40-100sccm時，所述DLC膜的剛性較好，且可以通過氫氣調節所述DLC膜的柔韌性，並且保持預定的沉積反應速率。

在所述反應氣體原料沉積的階段，射頻電源30的功率電場和脈衝電場的電源電壓大小影響電離過程的升溫、離化率和沉積速率等相關參數，根據本發明的實施例，當射頻電源30功率範圍50-300W，偏壓脈衝電源40電壓-200V─-5000V、占空比10%-80%，在這些參數範圍時，可以使得溫升不會過快，也不會過度延長工藝時間，使得離化率較高並且保持較好的沉積速率。

負偏壓值的大小直接關係到氣體離化情況和到達產品表面時的遷移能力。高電壓意味著更高的能量，可以獲得高硬度塗層。但需要注意的是，高的離子能量會對基體產品產生很強的轟擊效應，所以在微觀尺度上會在表面產生轟擊坑，同時高能量轟擊會加快溫度提升，可能導致溫度過高而損壞產品，因此需要在偏壓值、反應溫度以及反應速率之間平衡。

優選地，在一些實施例中，射頻的頻率使用20~300KHz，較高的脈衝頻率，可以避免絕緣產品表面的電荷持續積累，抑制大電弧現象和增加塗層沉積厚度極限。

在所述反應氣體原料沉積的階段，鍍膜時間過短形成的膜層較薄，硬度表現差，而鍍膜時間過長，厚度增大，但是影響透明性。根據本發明的實施例，當鍍膜時間為5-30min時，能夠在厚度、硬度以及透明性之間平衡，最終得到5-1000nm的透明硬質含氫類金剛石碳膜。

進一步，在步驟(2)，所述反應腔室100內的溫度控制範圍為25℃~100℃。優選地，溫度範圍為25℃~50℃。

下面結合實施例對本發明作進一步闡明，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。

產品主要性能指標如下表1所示

實施例

以下，作為本發明實施例的各種鍍膜條件中，進行DLC覆膜的成膜，以上述實施方式中說明的規定的條件下的成膜作為實施例、該條件之外的條件下的成膜作為比較例，分別測定各情況下的DLC覆膜的膜特性。需要說明的是，實施例、比較例中作為成膜裝置，均使用參照圖1的上述實施方式中說明的構成的裝置。另外，作為基材選用6.5英寸石英玻璃屏。作為前提條件，玻璃屏需要用無水乙醇、丙酮分別超聲清洗20min，隨即用氮氣吹幹，裝夾在真空腔室內，通過抽空系統將腔室內氣壓抽至1.5×10-3Pa以下，通入100SCCM高純氬氣，打開偏壓電源(直流脈衝)和射頻電源，腔室壓力控制在25mtorr、偏壓電源電壓500-900V、占空比10%、頻率80kHz，對基材進行10分鐘的清潔。接著，鍍膜於基材之上，如以下說明的各實施例和比較例所示，通過ICP加強CVD方式進行DLC鍍膜。

第一組實施例：甲烷氬氣組合

首先，作為實施例1~3和比較例1、2，鍍膜氣體為純度99.999%的CH4和Ar組合。實施例1~3和比較例1、2的鍍膜條件(氣體壓力、氣體流量、電源條件、鍍膜時間)如以下表2所示。另外，表2也記載了不同鍍膜條件膜層的特性(膜厚、硬度、透光率)。

本系列實施例腔室的壓力都保持在25mtorr，實施例通過設置不同偏壓值來展開實驗的。作為對比例的實施例分別選擇單獨使用偏壓電源和射頻電源。

從表中數據可以看出使用本發明的鍍膜裝置，使用不同偏壓值都可以獲得性能優異的膜層，且成膜速度也適合工業化生產，但偏壓值偏低會導致電漿獲得的能量不夠，而過高的偏壓對基體有濺射效應，會導致沉積效率低，內應力上升。從實施例2可以得出，適當的工藝參數可以獲得高的表面硬度(莫氏硬度7H)和高的透過率，從而非常適合應用在柔性屏上。

比較實施例2和對比例1、對比例2可以發現，不加偏壓只通過ICP來沉積的膜層成膜速度慢且硬度表現較差，而只接偏壓平使用ICP技術獲得的各項膜層性能質量指標都比實施例1差。這是由於綜合利用ICP和偏壓電極技術可以獲得一種非晶碳和納米晶石墨烯的複合結構(如圖7所示)。

第二組實施例：乙炔氬氣組合

首先，實施例4~6和比較例3、4選用氣體純度為99.9%的C₂H₂和99.999%的Ar組合作為反應氣體。實施例4~6和比較例3、4的鍍膜條件(氣體壓力、氣體流量、電源條件、鍍膜時間)如以下表3所示。另外，表3也記載了不同鍍膜條件膜層的特性(膜厚、硬度、透光率)。

本系列實施例腔室的壓力都保持在25mtorr，偏壓電源電壓值設為900V，實施例通過設置不同射頻功率來展開實驗的。作為對比例選擇單獨使用偏壓電源和射頻電源，比較對比例1、2，對比不同碳源下，不同的電源組合對其膜層質量的影響。

從表中數據可以看出使用本發明的鍍膜裝置，合理設置參數，可以獲得性能優異的膜層，增加射頻功率可以提高離子濃度，從而增加鍍膜效率，但過快的沉積效率會影響膜層質量。從實施例5可以得出，適當的工藝參數可以獲得高透光率和高硬度塗層。

比較實施例5和對比例1~4可以發現，不加偏壓只通過ICP來沉積的膜層成膜速度慢且硬度表現較差，而只接偏壓不適用ICP獲得的各項膜層性能質量指標都比各實施例差，且在不同的氣體組合下該現象保持一致。

第三組實施例：乙炔氫氣組合

首先，作為實施例7~9和比較例5、6，鍍膜氣體為純度99.999%的C₂H₂和H₂組合。實施例7~9和比較例5、6的鍍膜條件(氣體壓力、氣體流量、電源條件、鍍膜時間)如以下表4所示。另外，表4也記載了不同鍍膜條件膜層的特性(膜厚、硬度、透光率)。

本系列實施例、對比例偏壓值設為900V，射頻功率300W，通過設置不同腔室壓力來展開實驗。

從表中數據可以看出使用本發明的鍍膜裝置在一定的腔體氣壓範圍內，合理設置其他參數，可以獲得性能合格的膜層，腔室壓力大小直接關係到輝光現象，從而影響成膜速率和膜層質量。氣壓過低粒子碰撞幾率低，從而離化率低，氣壓過高粒子碰撞幾率高，帶電粒子能量損失過多，獲得的膜層質量會下降。從實施例7可以得出，適當的工藝參數可以獲得高透光率和高硬度塗層。

比較實施例5和對比例1~4可以發現，其他參數一定的情況下，氣壓過高、過低都會導致無法起輝，所以合理設定腔室壓力很重要。

本領域的技術人員應理解，上述描述及附圖中所示的本發明的實施例只作為舉例而並不限制本發明。本發明的目的已經完整並有效地實現。本發明的功能及結構原理已在實施例中展示和說明，在沒有背離所述原理下，本發明的實施方式可以有任何變形或修改。