脈沖陰極弧放電制備納米薄膜的研究.pdf

1、電弧離子鍍是把真空電弧用于電弧蒸發(fā)源的鍍膜技術(shù)。脈沖偏壓電弧離子鍍技術(shù)是90年代來發(fā)展起來的一項技術(shù)。脈沖偏壓的引入盡管只是偏壓形式的改變，但是卻帶來了直流偏壓工藝所不具有的新的功能特點，而這些特點對于薄模質(zhì)量、性能乃至沉積機制都有可能產(chǎn)生很大的影響。本文從陰極真空電弧的發(fā)展和機理、電弧離子鍍技術(shù)與脈沖偏壓電弧離子鍍技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀說起，著重研究了兩種方式觸發(fā)脈沖陰極弧放電法低真空下制備碳氮膜性質(zhì)及其影響成膜質(zhì)量的因素。
　　 所

2、使用的鍍膜裝置為實驗室自行搭建。裝置使用的高壓脈沖大電流電源主要由高壓直流電源、脈沖成形線(LC網(wǎng)絡(luò))、電子開關(guān)(SCR)、等離子體負(fù)載等構(gòu)成。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，單純用大電流電源很難產(chǎn)生弧放電，因此設(shè)計了兩套簡單的觸發(fā)電路，對碳棒電極和放電外殼加以電壓。直流輝光觸發(fā)下所加直流電壓在0～215V，高壓點火器觸發(fā)電壓為5kv和15kv。產(chǎn)生高密度的等離子體在兩電極之間放電，由此引發(fā)碳氮等離子體拉弧放電，最后沉積在襯底上。在設(shè)計放電觸發(fā)電路過程

3、中，推導(dǎo)得到放電電壓與電流的關(guān)系U=U0e-t/τ，時間常數(shù)τ=RC。選用的濾波電容為450V/1000u F，通過計算知選擇1000Ω的放電電阻較為適合。
　　 采用直流輝光放電觸發(fā)和高壓點火的方式觸發(fā)脈沖陰極弧放電，制備出較光滑、均勻、致密的碳氮納米薄膜及具有球形的大顆粒。掃描電鏡、電子能譜分析結(jié)果表明，直流輝光放電觸發(fā)下，形成的薄膜顆粒較大，大顆粒的主要成分為碳。在高壓點火的方式觸發(fā)下，放電電壓低，放電距離較遠(yuǎn)時，得到的為

4、石墨顆粒形成的碳膜，而當(dāng)放電電壓與距離比較適中時，可以得到碳氮納米膜。理論分析表明，隨著放電距離的延長，濺射粒子在沉積過程中的碰撞次數(shù)增多，對襯底的沖擊效應(yīng)較弱，隨放電電壓增高，得到的濺射顆粒越大。理論分析與實驗結(jié)果相一致。另外，對形成球形的大顆粒做了形貌、成分測試，發(fā)現(xiàn)其主要成分為碳。
　　 在薄膜形成的過程中，有諸多因素影響著成膜的質(zhì)量，比如偏壓、氣體流量、氣壓大小、磁過濾等。為了有效控制成膜的質(zhì)量，本文分別從理論和實驗上分

5、析了偏壓對形成薄膜的影響。另外，作為對磁過濾的前期研究，文中用運用Matlab軟件，采用有限元分析法的方法對等離子體所處的螺線管、磁場與帶電粒子進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)了磁過濾對大顆粒的過濾作用顯著。
　　 為了將脈沖陰極弧放電和磁控濺射法制備的薄膜質(zhì)量加以比較，本文采用SBC-12小型直流濺射儀在載波片上制備出了不同厚度的金納米薄膜。利用光柵光譜儀分析其可見光波段透過率及吸收度光譜曲線，實驗中金納米薄膜吸收峰出現(xiàn)藍(lán)移、線型展寬與金薄膜表