直流偏壓輔助脈沖激光沉積CNx薄膜的組織結(jié)構(gòu)和性能.pdf

1、氮化碳材料以其優(yōu)異的特性受到大量研究者的重視，但N原子的百分含量及價鍵結(jié)構(gòu)等的瓶頸限制了它的廣泛應(yīng)用。偏壓輔助技術(shù)在促進(jìn)sp3鍵的合成、氮原子百分含量的提升、改善薄膜表面質(zhì)量的均勻性等方面展現(xiàn)出了明顯的作用，然而關(guān)于偏壓輔助脈沖激光沉積氮化碳薄膜的報道非常少。
　　本文首先利用脈沖激光沉積技術(shù)燒蝕石墨靶在Si基底上制備了氮化碳薄膜（簡稱為c-CNx），對薄膜的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能進(jìn)行了分析及探討;系統(tǒng)研究了沉積偏壓對氮化碳

2、薄膜的形貌及結(jié)構(gòu)的影響;考察了氮化碳薄膜的膜-基結(jié)合力、硬度和摩擦磨損性能，總結(jié)了偏壓、結(jié)構(gòu)與薄膜機(jī)械性能之間的相關(guān)性。然后，選用富含N原子和sp3雜化鍵的氮化碳靶材替代石墨靶，不同偏壓條件制備了氮化碳薄膜（簡稱i-CNx）并進(jìn)行了上述同樣的薄膜質(zhì)量分析。最終結(jié)合兩組薄膜的分析結(jié)果，總結(jié)出有利于N原子并入碳網(wǎng)異或利于合成sp3鍵的最佳工藝參數(shù)，并對價鍵結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的相關(guān)性作一定的規(guī)律分析。
　　采用X射線光電子能譜(XPS)、拉

3、曼光譜(Raman)和掃描電子顯微鏡(SEM)分別對c-CNx薄膜和i-CNx薄膜的化學(xué)成分、價鍵狀態(tài)及微觀形貌進(jìn)行表征。并借助于納米壓痕儀、涂層附著力自動劃痕儀和球盤式摩擦磨損試驗機(jī)測試了薄膜的硬度、膜-基結(jié)合力和摩擦磨損性能。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):薄膜為尺寸不一的微觀顆粒堆積，偏壓條件對薄膜的均勻性改變較小;偏壓輔助遞進(jìn)式脈沖激光沉積方法可以較大程度地提升薄膜中的氮原子百分含量，但得出的薄膜尚未發(fā)現(xiàn)晶態(tài)的特征。結(jié)合XPS和Raman的分析，

4、兩組薄膜的價鍵相對百分含量xsp2/xsp3和xsp2c-N/xsp3C-N均隨著偏壓的增加先減少后增大并在Vb=-40V時得到了最小值（c-CNx薄膜:2.43和1.76; i-CNx薄膜:1.78和1.39）;且此偏壓條件下，D峰與G峰的強(qiáng)度比ID/IG取得最小值(c-CNx薄膜:2.2; i-CNx薄膜:1.6);以上的結(jié)果都說明Vb=-40 V為最利于sp3鍵的合成條件。薄膜硬度的變化趨勢與xsp3和xsp3C-N的變化趨勢非常