DLC类金刚石膜层介绍

1、DLC类金刚石膜层介绍一、真空镀膜技术 FCVA (阴极过滤弧) 真空镀膜常规真空层积 常规外表处理渗氮( 气体,盐浴,离子)发黑/发蓝(外表快速氧化)阳极氧化钝化抛丸/喷砂电镀/电泳UV固化粉末喷涂活化和涂层等离子处理1. 外表处理技术介绍化学气相层积物理气相层积膜层(外表原子排列)有序可控膜层(外表原子排列)有序可控原子排练致密,3采用热电偶加热，使金属气化，通常用于 Al 镀膜. 蒸镀的局限性采用对靶材的热辐射，对于金属而言，应用范围较窄，一般仅用于金属Al。由于镀膜粒子能量较低，膜层附着力较差。难于控制薄膜的厚度 镀膜区域相对较小，不利于大规模消费。镀膜质量和产量相对较低。(磁控)溅射

2、Ar+ 离子轰击靶材外表。Al 原子自靶材外表溅射并沉积到塑料基体外表。FCVA (阴极过滤弧) 真空镀膜基体可加偏压真空弧源可视窗口打火过滤磁场聚焦磁场基体可加偏压真空腔体碳等离子体基体起弧真空蒸镀FCVA (阴极过滤弧)离子源:形成弧源(等离子体)通过磁过滤管, 过滤原子和杂质,得到纯等离子体.通过施加一定的偏压, 使得等离子中的离子获得一定的能量, 层积于基体外表,结合才能较好,膜层可控,原子排列有序膜层致密成膜粒子: 原子不可控(电中性原子无法通过电场加速)成膜粒子:等离子体(原子,少量离子)离子可控中性原子无法通过电场加速)成膜粒子:纯离子通过电场可控Holder crucibles

3、 E-beam EvaporatorShutterHeater2.几种镀膜的原理简介 过滤装置异面双弯管过滤管,过滤原子和杂质,得到纯等离子体.离子源装置 3. FCVA构造PVD CVDFCVA (磁控溅射) (PECVD)镀膜粒子 原子原子团 离子能量峰值eV0.2eV20 to 5000eV镀膜气压 5E-3 Torr 1E-2 Tor 1E-6 Torr镀膜温度 200 C 200 C 80 C以碳膜为例：膜层密度 (g/cm3)膜层硬度 (GPa) 152050氢含量 20%20-40% 0工作温度 (无 O2)500 C 500 C 800 C工作温度 (有 O2)350 C 30

4、0 C 500 CFCVA技术消费的膜层附着力明显改善，膜层构造和性能可控。4. 技术比较ConfidentialPVD (溅射) = 原子CVD (PECVD) = 原子团FCVA= 100% 离子FCVA 输出是一束等离子该等离子束可以被 扫描可以对该离子束加 偏压FCVA镀膜技术对不同应用可进展不同控制5. FCVA 技术优势纯离子输出 PVD (溅射) = 0.2 evCVD (PECVD) = 0.5 evFCVA= 205000 evPVD (溅射) = 3 mTorr (10E-3Torr)CVD (PECVD) = 20 mTorr (10E-2 Torr)FCVA= 0.00

5、5 mTorr (10E-6 Torr)比其它技术更可控的镀膜能量高真空镀膜 二、 TAC薄膜涂层的特点及优势8当镀膜粒子的能量增加后，膜层的密度也将随之增加，附着力大大改善。(对于其他传统镀膜技术，升高基体的温度是改善镀膜质量的唯一途径,存在一定的局限性).温度升高 (能量增加) 原子移动性增加(1) 纳峰FCVA技术可以制备和沉积C, Ti, Cr, Cu等材料, 所镀涂层致密.2纳峰的主要业务: 采用FCVA技术, 制备和沉积C材料, 以获得最优良的DLC (taC)薄膜.1. FCVA的膜层类型2. DLC (Diamond Like Carbon(DLC) 类金刚石碳膜DLC 构造D

6、iamondGraphiteDLCGraphite structure (sp2)Diamond structure (sp3)Amorphous structure (sp2+sp3)sp2ta-C(钻石膜)Tetrahedral Amorphous Carbon / 斜四方无定型碳膜(钻石膜)3.纳峰TAC: 制备的taC(钻石)薄膜: 具有最高比例的金刚石相比例：高达85%金刚石相石墨相 This triangle diagram shows the relations among various types of carbon coatings. aCH is the normal D

7、LC coatings. They are roughly at the centre of the diagram. The sp3 content in a typical good DLC coating is about 20 to 30%. The hydrogen atom content is typically about 40%. In comparison, our ta-C has a sp3 content up to 85% and no hydrogen in the coating.ta-C is typically 3 times harder than nor

8、mal DLC and has much better adhesion to the substrate all with the help of high energy of the coating species.溅射 a-C:HECR过滤阴极弧(FCVA)Ion Beam硬度 (GPa)杨氏模量 (GPa)SP3 键含量 (%)密度 (g/cm3)摩擦系数电阻 (Wcm)Breakdown field (V/nm)压应力 (GPa)氢含量 (%)抗腐蚀性能拉曼 G 峰 (cm-1)光学带隙 (eV)5 20 1700 30 20 40poor1540 157520 34 25025 4

9、0 1012 4 1022 30good1530 154065 - 75650 - 72080 88.08 - .11 108 1010(could be conductive bydoping)2 - 3 0excellent1565 157410 22 170108 1012 522 45good1530 1540沉积速率 95mm (/sec)均匀性 (95mm disk) %Uniformity disk to disk %气氛基体敏感温度 (C)本钱 103H2, Ar 200Medium 10CxHy, Ar 200Highest 10 2 4%no gas250 300Low 2

10、03CxHy, Ar 200High特性5. 不同工艺的DLC膜层抗腐蚀性能SHIMADZUSolution for science since 1875Source: Disk forum 2002ta-C/DLC 3nm 薄膜 镀于 NiFe (100nm)材料之上 腐蚀测试: 浸入 0.1 N HNO3, 2 小时显微观测 (x 50)taCDLC被腐蚀 (扩散腐蚀)无腐蚀现象与DLC 相比，taC具有超强的耐腐蚀性能。6. 不同工艺条件下的膜层外表能镀膜技术亲水角 (C )测试液体ta-C (FCVA)84采用去离子水作测试DLC (PECVD) 72采用去离子水作测试SiC 模具 (未镀膜)58采用去离子水作测试水接触角大说明外表能低。外表能低，与外界污染物的粘附性小。TaC外表能低，与外界污染物的粘附性小。7.纳峰TAC膜层优势Con