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|DLC真空膜普及与应用

类金刚石薄膜通常又被人们称为DLC薄膜 ， 是英文词汇Diamond Like Carbon的简称 ， 它是一类性质近似于金刚石 ， 具有高硬度 ， 高电阻率 。良好光学性能等 ， 同时又具有自身独特摩擦学特性的非晶碳薄膜 。碳元素因碳原子和碳原子之间的不同结合方式 ， 从而使其最终产生不同的物质：金刚石（diamond）—碳碳以 sp3键的形式结合；石墨（graphite）—碳碳以sp2键的形式结合；而这里所述类金刚石（DLC）—碳碳则是以sp3和 sp2键的形式结合 ， 生成的无定形碳的一种亚稳定形态 ， 它没有严格的定义 ， 可以包括很宽性质范围的非晶碳 ， 因此兼具了金刚石和石墨的优良特性；所以由类金刚石而来的DLC膜同样是一种亚稳态长程无序的非晶材料 ， 碳原子间的键合方式是共价键 ， 主要包含sp2和sp3两种杂化键 ， 而在含氢的DLC膜中还存在一定数量的C-H键 。
自1963年在一次偶然的机会出现了不寻常的硬度和化学性能好的化学汽相沉积（CVD）碳形式的薄膜后,国外有不少研究单位开始研究金刚石薄膜的沉积工艺.1971年,艾森伯格（Aisenberg）和沙博（Chabot）等人,利用离子束蒸镀法,以石墨作薄膜材料,通过氩气弧光放电使石墨分解电离产生碳离子 。碳离子经磁场聚焦成束,在比较高的真空条件下,在低压沉积室内的室温下的基片上沉积出了硬碳膜 。这种硬碳膜具有近似于金刚石的一些特性－如透明度高、电阻抗大、硬度高等 。当时 ， 这种膜被人们称作i形碳 。直到1976年 ， 斯潘塞（Spencer）等人对这种碳膜的结构进行了探讨 ， 结果确认膜中有金刚石等数种碳系结晶 ， 后才被人们称之为类金刚石膜 。就在这一年 ， 德贾吉恩（Derjaguin）等人利用化学转变法合成出了金刚石薄膜 。从此之后 ， 低压CVD金刚石薄膜工艺引起了人们的注意 。70年代中期 ， 前苏联的科学家 ， 论证了实用的CVD金刚石薄膜技术 ， 接下来日本人又模仿和发展了此项技术 。进入80年代后 ， 低压CVD金刚石薄膜研究在日本蓬勃开展起来 。在从1963～1987年的25年中 ， 各国相继发表的有关金刚石薄膜制作技术及其相关材料的专利 ， 共有672篇 。其中美国有53篇 ， 日本有507篇 ， 其他国家为112篇 。而在1983～1987年这4年内 ， 全世界就发表了这方面的专利573篇 ， 其中日本发表有488篇 。由此看出 ， 80年代中期是CVD法沉积合成金刚石薄膜技术的大发展时期 ， 而日本的研究开展的最为活跃
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碳的SP1 ， SP2 ， SP3杂化键
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DLC薄膜的键合三元相图
在制备DLC薄膜时 ， 因为制备方法的不同 ， 可以制备含氢和非氢DLC薄膜 。在制备这两种DLC薄膜时 ， 含氢和非氢DLC薄膜的结构 ， 性能都不一样 。非氢DLC薄膜只是在基片上溅射石墨 ， 不含有其他的离子或元素 ， 但是含氢DLC薄膜在溅射制备时要有H+ 。所以当在制备非氢DLC薄膜时 ， 充入的气体只是氩气 ， 但是在制备含氢DLC薄膜时 ， 我们还要充入碳氢化合物气体 ， 我们一般充入CH4或C2H2 ， 这使得制备出来的两种DLC薄膜的结构和性能有很大差异 。非氢DLC薄膜的硬度要比含氢DLC薄膜的大 ， 同时 ， 由于含氢DLC薄膜含有H+ ， 所以含氢DLC薄膜表面一般比非氢DLC薄膜要致密光滑 。同时 ， 含氢DLC薄膜在制备时一般它的沉积速率比非氢DLC薄膜要明显快些 。
近年来, DLC膜的制备工艺发展迅速 ， 已经开发出多种制备方法 。这些方法大体分为两大类：物理气相沉积法( physical vapor deposition简称PVD)、化学气相沉积法( chemical vapor deposition简称CVD)及等离子增强化学气相沉积法(PECVD) 。另外有机溶剂电解和聚合物热解是近年来出现的新方法


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