类金刚石DLC薄膜是以sp3、sp2键结合为主体,这种结构使得DLC薄膜具有一系列优良的物理化学性能,如红外波段透明、硬度高、摩擦系数小、化学性能稳定、热膨胀系数小等,从而使该薄膜在光学、电学、机械、医学等领域引起了科研工作者的广泛 DLC薄膜的特殊结构决定了这种薄膜材料具有优良的特性和广泛的应用,主要表现在:
1)较高的硬度和优异的抗磨损性能,因而适合作为硬质工具、轴承、刀具等表面,不仅可以延长工具的寿命,而且还可以提高功效;
2)电阻率高(Ω·cm~Ω·cm)、介电常数大、击穿电压高。利用这些特点,可将它制成理想的超高频和微波波段的介质材料;
3)高掺杂性。由于其带隙宽,有利于高集成化电子器件在高温条件下使用,因此该薄膜在半导体行业应用广泛;
4)高频、高音速特性良好。用DLC涂层制作的高频扬声器振动膜频带宽,其频率特性高达60KHz,目前我司的音膜DLC涂层工艺已成熟并且量产。
5)具有良好的化学稳定性,耐腐蚀(防酸、碱、盐)性能好,不仅可作为光学元件的增透膜和保护膜,防止光学元件被飞砂擦伤或被酸、碱、盐溶液腐蚀,还应用于光盘保护膜、手表玻璃保护膜、眼镜片(玻璃、树脂)保护膜以及汽车挡风玻璃保护膜等;
6)热导率高,约为铜的6倍,热膨胀系数小,具有好的抗热冲击性能。
7)具有良好的生物相容性,在医学方面也有广泛的应用。涂镀在人工关节上转动部位上的DLC薄膜不会因摩擦而产生磨损,更不会与肌肉发生反应、可大幅度延长人工关节的使用寿命;
8)DLC薄膜在室温下光致发光和电致发光率都很高,有可能在整个可见光范围发光,因此可以用作性能极佳的发光材料之一。
二、DLC膜的制备技术
自20世纪70年代人们制备出DLC薄膜以来,目前已经开发了许多种沉积方法,但大体上可以分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。PVD方法是在真空下加热或离化蒸发材料(石墨),使蒸发粒子沉积在基片表面形成薄膜的一种方法。按照加热方式不同,热蒸发有激光蒸发、电弧蒸发、电子束加热等方法。溅射沉积是用高能离子轰击靶物质(石墨),与靶表面原子发生弹性或非弹性碰撞,结果部分靶表面原子或原子团溅射出来,沉积在基板上形成薄膜。CVD方法是在真空室内通入碳的氢化物、卤化物、氧化物,通过气体放电,在一定条件下促使它们发生分解、聚合、氧化、还原等化学反应过程,在基板上形成DLC薄膜的方法。
a、制备DLC薄膜的PVD技术
1.真空电弧离子镀
2.脉冲激光沉积
3.溅射制备法
4.非平衡磁控溅射方法
5.其他沉积方法
b、制备DLC薄膜的CVD技术
(1)射频等离子体化学气相沉积
(2)直流等离子体化学气相沉积
(3)热丝法
(4)直接光化学气相沉积法
(5)电子回旋共振(ECR)沉积法
(6)其他沉积方法