利用电浆辅助法进行类钻碳薄膜溅镀速率提升之研究

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薄膜物理与技术绪论

生物医学领域应用
生物传感器
利用生物功能化的薄膜制备生物传感器，实现对生物分子和细胞的灵敏检测和实时监测。
药物传递与控制释放
通过制备药物载体薄膜，实现药物的精确传递和可控释放，提高药物的疗效和降低副作用。
医疗器械与植入物
利用薄膜材料制备医疗器械和植入物，提高医疗器械的性能和使用寿命，降低医疗成本。
子器件。
光学工业
用于制造反射镜、光学仪器、光电器件等。
机械工业
用于制造耐磨、耐腐蚀的表面涂层和刀具等。
生物医学
用于制造人工关节、牙齿等生物医学材料。
02
薄膜制备技术
物理气相沉积技术
真空蒸发沉积
溅射沉积
利用加热蒸发材料，使其原子或分子从熔融态或气态转化为蒸气态，并在基体表面凝结形成薄膜。
成薄膜。
溶胶凝胶法
将欲形成薄膜的元素或化合物以溶胶凝胶的形式涂敷在基体表面，经过热处理或化学处理形成薄膜。
电泳沉积法
利用电场作用将欲形成薄膜的颗粒在基体表面沉积形成薄膜。
化学镀法
利用还原剂将欲形成薄膜的金属离子还原成金属原子，并在
基体表面沉积形成薄膜。
溅射法
直流溅射法
磁控溅射法
利用直流电源作为溅射电源，使气体辉光放电，产生等离子体轰击靶材，使靶材原子或分子被溅射出来，并在基体表面凝结形成薄膜。
弹性模量是衡量薄膜在受力时抵抗变形能力的指标。
拉伸强度与延伸率
拉伸强度和延伸率是评估薄膜在受力时的力学性能和耐久性的重要参数。
电学性能表征
总结词
电学性能表征是评估薄膜在电场作用下的行为和性能表现的关键手段。
介电常数与介质损耗
介电常数和介质损耗是衡量薄膜在电场中储能和能量损耗的重要参数。

高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜研究进展

第48卷第9期表面技术2019年9月SURFACE TECHNOLOGY·53·高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜研究进展左潇1，孙丽丽1，汪爱英1,2，柯培玲1,2（1.中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室，浙江宁波 315201；2.中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049）摘要：非晶碳薄膜主要由sp3碳原子和sp2碳原子相互混杂的三维网络构成，具有高硬度、低摩擦系数、耐磨损、耐腐蚀以及化学稳定性等优异性能。

然而传统制备方法难以实现薄膜结构及其性能的综合调控，高功率脉冲磁控溅射因其离子沉积特性受到领域内专家学者的关注。

总结了近年来关于高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜材料的研究进展。

重点介绍了高功率脉冲磁控溅射石墨靶的放电特性，指出了其在沉积非晶碳薄膜过程中获得高碳原子离化率的条件。

针对离化率和沉积速率低，主要从提高碳原子离化率和碳离子传输效率等角度，介绍了几种改进的高功率脉冲磁控溅射方法。

并对比了不同高功率脉冲磁控溅射方法中的碳原子离化特征、薄膜沉积速率、结构和力学性能。

进一步地，探讨了高功率脉冲磁控溅射在制备含氢非晶碳薄膜和金属掺杂非晶碳薄膜中的优势及其在燃料电池、生物、传感等前沿领域的应用。

最后，对高功率脉冲磁控溅射石墨靶的离子沉积特性、非晶碳薄膜制备及其应用研究趋势进行了展望。

关键词：高功率脉冲磁控溅射；非晶碳薄膜；放电特征；沉积速率；反应性磁控溅射；金属掺杂非晶碳薄膜中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2019)09-0053-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2019.09.004Research Progress on Preparation of Amorphous Carbon Thin Filmsby High Power Impulse Magnetron SputteringZUO Xiao1, SUN Li-li1, WANG Ai-ying1,2, KE Pei-ling1,2(1.Key Laboratory of Marine Materials and Related Technologies, Zhejiang Key Laboratory of Marine Materialsand Protective Technologies, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China; 2.Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering,University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)ABSTRACT: The amorphous carbon thin film is mainly composed of a three-dimensional network in which sp3 carbon atoms and sp2 carbon atoms are intermingled with each other. It has excellent properties such as high hardness, low friction coefficient, abrasion resistance, corrosion resistance, chemical stability, etc. However, the conventional preparation methods are hard to收稿日期：2019-05-06；修订日期：2019-07-23Received：2019-05-06；Revised：2019-07-23基金项目：国家自然科学基金（11705258）；中国科学院A类战略性先导科技专项（XDA22010303）；宁波市科技攻关2025重大项目（2018B10014）；宁波市江北区重大科技项目（201801A03）Fund：Supported by the National Natural Science Foundation of China (11705258), A-class Pilot of the Chinese Academy of Sciences (XDA22010303), 2025 Major Science and Technology Project in Ningbo City (2018B10014), Major Science and Technology Project of Jiangbei District, Ningbo (201801A03)作者简介：左潇（1987—），男，博士，助理研究员，主要研究方向为等离子体表面工程。

类金刚石薄膜摩擦学性能研究现状

关键词：类金刚石薄膜；摩擦学性能；热稳定性；内应力；掺杂；多层膜
１栩谜梯度ＤＬＣ薄膜。研究得出ｗ掺杂梯度复合薄膜磨损率小于５２０ｍ３，ｓ，类金刚石稻ＬＱ系列含有ｓＰ２键和ｓｐ键非晶碳膜物质的总明显改善了样品的抗磨损性能，且随着ｗ靶终端电流的增大，薄膜称，具有优异的机械陛能，其较低的摩擦系数和磨损量使之成为一种理想的磨损率逐渐变小。马胜哥、于大洋等利用中频孪生靶非平衡磁控溅射制备了Ｃｒ＋Ｔｉ＋ＴｉＮＣ＋ＴｉＮＣ＋Ｃ／ＤＬＣ多层硬质膜。研究表明薄膜研究表明亚稳态的类金冈ｌ尊膜处于热力学非平衡状态，其原子徘为多层膜结构且各层之间的元素呈梯度变化，薄膜层的显微硬度可列表现为短程有序而长程无序，ＴＰｍｏｄｅｌ两相模型和ＦＣＮｍｏｄｅｌ完全约以达到ＨＶ２０００以上，大大提高了ＤＬＣ膜与基体的结合力。束网络椟基猢较为广泛的两种ＤＬＣ薄膜模型目。ＤＬＣ薄膜中碳原子２２离子束沉积制备ＤＬＣ薄膜之问以共价键ｆ日结合，含量较少的ＳＰ可以忽略不计，因此ＤＬＣ膜的ｆ生质离子束沉积具有良好的工艺可控陛，沉积温度较低。通过多种离子束由ＳＰ２和ｓＰ３的相对含量泱定，因世同工艺力怯制备的ＤＬＣ膜的陛沉积技术在ＤＬＣ膜中添加其他元素可以制备多层ＤＬＣ薄膜用以提高能ｌ氆所不同。ＤＬＣ薄膜具有优良的物理化学陛能，其中包括高硬度和ＤＬＣ膜与基体的结合强度并改善薄膜的热稳定性。离子束辅助沉积法是弹陆漠量、低摩擦系数、高耐磨Ｉ生、高导热率、高电阻率、良好的光学透过以离子束沉积技术为基础，在电子束蒸发沉积或离子束溅身寸移Ｃ积的同时性、化学隋性以及良好的生物相容眭等。目前主要应用于机械、电子、光学、以高能离子束轰击沉积膜的生长表面用来提供形成ＤＬＣ膜的能量。离子医学等领域。低摩擦系数是ＤＬＣ薄膜极其重要的性能，研究人员关于体增强气相沉积是以碳氢气体为碳源的辉光放电沉积技术，通常采用甲ＤＬＣ薄膜的研究也大多集中在摩擦学领域烷、乙烷、乙炔、苯、丁烷作为碳源，因而制得的ＤＬＣ膜都定的氢。２ＤＬＣ薄膜制备及应用朱宏等人使用源低能离子束辅助沉积方法制备了ＤＬＣ薄膜，薄膜ＤＬＣ薄嗅制备技术的研究开始于＝十世纪七十年代。离子束沉积技中的碳原子主要以Ｓｐ２一Ｃ的形式存在。研多表明单携｝ｆ氐能离子竦泐沉术是最早用于制备薄膜的方法，１９７１年Ａｉｓｅｎｂｅｒｇ和ＣｈａＪ）ｏ谌刁生积的类金刚石薄膜摩撩眭能好、硬度高、薄膜与基体结合力较高。薄膜的室温下制备了绝缘的碳膜，命名为ＤＬＣ薄膜，并开始尝试用其构造薄膜硬度随致密度｝勤Ⅱ 而增大，寿命与其硬度基本成正比。薄膜与基体的结合晶体管。随后Ｓｐｅｎｃｅｒ等人利用离子束增强沉积法制备了ＤＬＣ薄膜并展力达到某一定值后对其摩擦幽的影响不大，开了研究。二十世纪七十年代后期研究人员开始分别用直流和高频放电撩陛能有一定的影响。在制备的薄膜样品中，以离子能量１２００ｅｖ时沉积制得ＤＬＣ薄膜。目前磁控溅射技术已成为最常用的制备工艺。样品的摩擦性能最好，适合用ＤＬＣ膜在生长过程中由于薄膜与基体的物化陛能不匹配会产生较合。汤文杰、张跃飞等采用等离子仓为等离子体聚合装置，以甲烷为单大的内应力，限制了薄膜的厚度。通携练．薄膜中添加金属耍险体，氩气为工作气体在单晶硅片上沉积了ＤＬＣ薄膜，并对其获得的ＤＬＣ属元素（如Ｔｉ、Ｃｒ等）可以有效的降低薄膜内应力。另外，当薄膜使用温度薄膜的摩擦学性能进行了研究，认为薄膜极低的摩擦系数是氢含量较高高于２５０￣Ｃ时易于发生石墨化影响其摩擦学陛能的应用，通过多层膜技术以及碳原子以ｓＰ３形式有所引起的。Ｅｒｄｅｍｉｒ等研究了离子噌强化学制备掺杂其他元素的多层ＤＬＣ膜可以有效的改善薄膜的热稳定性。２１磁控溅射制备ＤＬＣ薄膜度ＲＨ＝５％－５０％的大气环境下，ＤＬＣ膜的摩擦系数会随着载荷的增大而作为ＤＬＣ膜常用制备方法的磁控溅射技术具有沉积温度低、沉积面呈现出降低的趋势。这是由于ＤＬＣ膜在高载荷下更易发生石墨化转变，积大等优点，在一定程度匕符合工业生产的需要。通过磁控溅射技术在在摩擦副表面形成转移膜，６ｌ而使曷部区域的润滑陆自导到改善。解志文ＤＬＣ膜中添加多种金属或者非金属元素可降低ＤＬＣ膜的内应力同时改等采用等离子体沉积技术在ＧＣｒｌ５和２Ｃｒ１３钢基体表面合成了Ｔｉ／ＤＬＣ善薄膜的热稳定陛。磁控溅射技术以石墨为碳源，以情陛气体离子溅射石和Ｗ／ＤＬＣ纳米多层膜并分析了其摩擦学性能。研究表明多层膜结构有效墨靶产生碳原子和碳离子，进而再基体表面沉积形成ＤＬＣ膜。通＾气体地改善了ＤＬＣ膜和软基体的结合自旨力，薄膜睡彗能好、磨损量少目薄膜为Ａｒ和烷气体）｝昆合气时还可获得含氢的ＤＬＣ膜。的硬度和弹幽封氐。赵之明采用磁控溅射技术用射频、直流溅射法在单晶硅片、抛光不锈２３真空阴极电弧沉积法市备ＤＬＣ薄膜钢片、玻璃基底表面制备了ＤＬＣ膜。真空阴极电弧沉积设备简单、离化率大且沉积速率高。通过瓜装置表面粗糙度低于直流磁控溅射制备的薄膜，并目直流磁控溅射制备的薄引燃电弧，在电源的维持和磁场的推动下电弧在靶面游动，电弧所经披联９挛擦系势Ｌ较低。张以忱、巴德纠搀研究＾员采用中频磁姥弛ｉ于沉 ≯ ｛｛导碳被蒸发并离化进而沉积得到薄膜。西南交通大学材料工程学院徐禄祥、到ＤＬＣ复合薄膜并对其孪擦学性能进行了研究。研究表明ＤＬＣ／ＴｉＡ１Ｎ薄孙永春等用磁过滤脉冲真空弧沉积技术在不膜的耐磨眭要好于ＴｉＡ１Ｎ薄膜和ＤＬＣ薄膜，ＤＬＣ／ＴｉＡ１Ｎ薄膜的耐腐蚀胜使得不锈钢表面耐磨ｌ生大幅压￡提高。能略好于ＤＬＣ薄膜。孙丽丽等利用线胜离子束混合磁控溅射技术在硅基曾志翔采用真空阴极电弧沉积法制备了含氢ＤＬＣ薄膜，并对其在真底上制备Ｃｒ过渡层和ｃｒ掺杂ＤＬＣ薄膜。研究发现增加ｃｒ过渡层或在空和氮气中的摩擦学Ｉ生能进行研究，发现ＤＬＣＤＬＣ薄膜中掺杂ｃｒ后薄膜的内应力明显良小，同时薄膜的附着力和摩擦数的大小关系为低真空＞空气＞干燥空气＞氮气，Ｎ：是保持低摩擦系数性能得到了明显的改善。杨雨时等利用磁控溅射和ＰＥＣＶＤ相结合的复合因素，气氛中Ｈ：０、０：则会增大ＤＬＣ薄膜的沉积技术，制备了Ｗ— ＤＬＣ薄膜。研究发现对于Ｗ— ＤＬＣ薄膜的工摩擦系数。艺条件下，均可制备出厚度超过５ｍ的薄膜。选择合适的工艺参数和钨３ＤＬＯ薄膜摩擦学应用展望的掺杂比冽，可以有效地提高薄膜的硬度，降低薄膜的内应力和磨损率并固体润滑剂的出现，既弥补了流体及半流体润滑剂（如润滑油、润滑减小薄膜的摩擦系数。杨义勇用离子束辅助非脂）不能再苛刻条件下有

薄膜物理CH溅射镀膜公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

溅射镀膜缺点：
溅射设备复杂，需要高压装置；成膜速率较低（0.01-0.5m）。
第3页
溅射基本原理——辉光放电
★ 辉光放电
直流辉光放电辉光放电是在真空度约10-1Pa稀薄气体中，两个
电极之间在一定电压下产生一个气体放电现象。气体放电时，两电极之间电压和电流关系复杂，
不能用欧姆定律描述。
第4页
下列关系
V EF j P
式中，E 和 F是取决于电极材料、尺寸和气体种类常数。
第11页
溅射基本原理——辉光放电
进入异常辉光放电区后，继续增长电压，有 ❖ 更多正离子轰击阴极产生大量电子发射 ❖ 阴极暗区收缩
P d A BF V E
式中，d 为暗区宽度，A、B 为常数。
第12页
溅射基本原理——辉光放电
1 c1 12 1 Q12n2 1 n2 (r1 r2 )2
第50页
溅射基本ห้องสมุดไป่ตู้理——溅射镀膜过程
例题：Ar+离子溅射铜靶，已知 r1 0.96108 cm r2 1.82 108 cm n2 3.51016 / cm3（0℃，133Pa）求溅射离子平均自由程？
➢ 负辉光区
伴随电子速度增大，不久取得了足以引起电离能量，于是离开阴极暗区后使大量气体电离，产生大量正离子。
正离子移动速度慢，产生积聚，电位升高；与阴极之间电位差成为阴极压降。
电子在高浓度正离子积聚区通过碰撞速度减少，复合几率增长，形成明亮负辉光区。
第14页
溅射基本原理——辉光放电
➢ 法拉第暗区少数电子穿过负辉光区，形
成暗区。
➢ 正离子柱法拉第暗区过后，少数电子
逐步加速，并使气体电离；由于电子较少，产生正离子不会形成密集空间电荷。

《等离子体溅射镀膜》课件

VS
溅射功率是等离子体溅射镀膜过程中的关键参数，它决定了溅射产额和膜层的性质。
详细描述
溅射功率越大，溅射产额越高，膜层的生长速率也就越快。然而，过高的溅射功率可能导致基材损伤、膜层粗糙度增加以及粒子反弹等问题。因此，需要根据具体的镀膜要求和工艺条件选择合适的溅射功率。此外，溅射功率的选择还需要考虑靶材的特性和溅射气体的种类。
详细描述
总结词
通过射频电源产生电场，使惰性气体离子化并加速向靶材撞击，将靶材粒子溅射出来并附着在基片上形成薄膜的技术。
要点一
要点二
详细描述
射频溅射镀膜技术利用射频电源产生电场，使惰性气体离子化。这些离子在电场的作用下加速向靶材撞击，将靶材粒子溅射出来。溅射出来的靶材粒子随后附着在基片上，形成薄膜。该技术具有沉积速率高、薄膜成分和结构可控等优点，广泛应用于各种领域。与直流溅射镀膜技术相比，射频溅射镀膜技术具有更高的沉积速率和更稳定的溅射过程。
总结词
通过高频电源产生电场，使惰性气体离子化并加速向靶材撞击，将靶材粒子溅射出来并附着在基片上形成薄膜的技术。
详细描述
高频溅射镀膜技术利用高频电源产生电场，使惰性气体离子化。这些离子在电场的作用下加速向靶材撞击，将靶材粒子溅射出来。溅射出来的靶材粒子随后附着在基片上，形成薄膜。该技术具有较高的沉积速率和良好的薄膜附着力，广泛应用于各种领域。
05
CHAPTER
等离子体溅射镀膜的优缺点
等离子体溅射镀膜技术具有较高的沉积速率，可以快速形成均匀、连续的薄膜。
高沉积速率
由于等离子体溅射镀膜过程中，基材表面受到高能离子的轰击，表面粗糙度增加，使得镀膜与基材的附着力增强。
高附着力
等离子体溅射镀膜技术可以制备高纯度的薄膜，适用于对材料纯度要求高的领域。

电化学沉积DLC薄膜的摩擦学性能研究

电化学沉积DLC薄膜的摩擦学性能研究摘要本研究利用电化学沉积技术在不锈钢基底上制备了薄膜。

通过扫描电子显微镜和原子力显微镜对薄膜的形貌和表面粗糙度进行了表征。

利用X射线光电子能谱和拉曼光谱分析了薄膜的化学成分和结构。

利用球-盘摩擦测试系统研究了薄膜的摩擦学性能，并通过纳米压痕测试系统研究了薄膜的硬度。

结果表明，所制备的薄膜具有较低的摩擦系数和较高的硬度。

通过对不同电化学沉积参数的优化，可进一步提高薄膜的摩擦学性能。

引言针对表面润滑剂限制应用范围和润滑薄膜易损耗的问题，纳米复合材料薄膜逐渐成为提高材料表面摩擦学性能的研究重点。

钻石样碳（DLC）薄膜因其良好的抗磨性和低摩擦系数，成为研究热点之一。

而电化学沉积方法由于其简单、经济、环境友好等特点，成为制备DLC薄膜的有效途径。

实验方法1. 不锈钢基底的超声清洗2. 电化学沉积薄膜3. 薄膜的表征和化学成分分析4. 摩擦学性能测试结果与讨论通过扫描电子显微镜和原子力显微镜观察，所制备的薄膜表面均匀平整，具有较低的表面粗糙度。

X射线光电子能谱分析结果表明，所制备的薄膜主要由碳和氢元素组成，具有DLC薄膜的特征。

拉曼光谱分析结果显示，薄膜具有sp3和sp2杂化结构。

通过球-盘摩擦测试系统对薄膜的摩擦学性能进行了测试。

结果显示，所制备的薄膜具有较低的摩擦系数，表现出良好的摩擦学性能。

同时，通过纳米压痕测试系统测得的硬度值表明，薄膜具有较高的硬度。

结论本研究成功制备了具有良好摩擦学性能的电化学沉积DLC薄膜。

所制备的薄膜具有低摩擦系数和高硬度的特点，可应用于降低摩擦和磨损的领域。

进一步的优化电化学沉积参数可以进一步提高薄膜的摩擦学性能。

讨论通过电化学沉积制备的DLC薄膜具有很好的摩擦学性能，这主要归因于其特殊的化学成分和结构。

具体来说，DLC薄膜由类石墨结构（sp2杂化）和金刚石结构（sp3杂化）组成，其中金刚石结构赋予其良好的硬度，而类石墨结构则使其具有低摩擦系数。

高透明的柔性金纳米纤维膜

膜电阻率为２．９× １０Ｑ・ｃｍ．制备的Ａｕ纳米纤维膜可转移到任何柔性基底上，转移到纸上的柔性导电纤维膜显示出优异的柔韧性，在弯曲５００次后其电阻率基本不变．该柔性透明Ａｕ纳米纤维膜的制备方法简单、高效，无需复杂的处理程序，为大面积制备柔性透明电极提供了一种有效手段．
的铜纤维膜，该薄膜的可见光透过率为９０％，方块电阻为５０ｒｃｍ．但该方法需要先将前驱体纤维在５００℃空气气氛下煅烧去除有机基质，然后在３００℃氢气气氛下还原得到金属铜纳米纤维，步骤较复
杂，且煅烧过程容易带人缺陷，影响吡咯烷酮（ＰＶＰ）纤维膜为模板，采用离子溅射在ＰＶＰ纤维表面镀上金膜，然后
通过水溶解去除ＰＶＰ模板，获得了高透明的柔性Ａｕ纳米纤维膜．该Ａｕ纳米纤维膜呈无规网状结构，纤维的平均直径为２９１～３２２ｎｍ．当溅射时间为７５Ｓ时，Ａｕ纳米纤维膜的可见光透光率达到９２％，薄
将１．４ｇＰＶＰ加入到无水乙醇和ＤＭＦ的混合溶液中（体积比１：２），室温下搅拌形成１４％（质量分
收稿日期：２０１４．１２－０５．网络出版日期：２０１５０３－．２７．
基金项目：国家 “ 八六三” 计划项目（批准号：２０１２ＡＡ０３０３０５）、国家 “ 九七三 ” 计划项目（批准号：２０１２ＣＢ９３３２００）和国家自然科学

水性导电碳浆的制备及性能研究

水性导电碳浆的制备及性能研究Water-based conductive carbon slurrypreparation and performance study摘要本文以丙烯酸类单体改性聚酰胺树脂、导电石墨、导电炭黑作为基本原料，制备水性导电碳浆。

讨论了炭系导电填料的配比对聚酰胺树脂基水性导电碳浆的电阻率的影响。

研究表明,在碳浆中导电填料含量固定的情况下，导电填料中石墨和炭黑的比例为2：3时，导电膜层具有更低的电阻，平均电阻率为0.937×10-2Ω・m。

增大或者减小炭黑的比例均使电阻增大，增加炭黑的比例可以提高碳浆的溶剂释放性能，缩短印刷膜层的干燥固化时间。

关键词：导电油墨；聚酰胺树脂；石墨；炭黑；电阻率目录摘要 (I)1 绪论 (3)1.1 前言 (3)1.1.1 导电碳浆的优点 (3)1.2 水性导电油墨研究意义 (4)1.3 水性导电油墨的组成 (4)1.3.1 导电填料 (4)1.3.2 连结料 (4)1.3.3 水性导电油墨所用的溶剂 (5)1.3.4 水性导电油墨所用的助剂 (5)1.3.5 水性油墨的印刷适性条件 (6)1.4 导电机理 (7)1.4.1 渗流效应理论 (7)1.4.2 场致发射导电理论 (8)1.4.3 量子隧道效应理论 (9)1.5 导电油墨基本情况 (9)1.5.1 导电油墨国内发展状况 (9)1.5.2 导电油墨国外发展状况 (10)1.6 研究内容 (10)2 实验过程及原理 (11)2.1 实验原料及仪器 (11)2.1.1 实验原料 (11)2.1.1 实验仪器设备 (12)2.2 实验方法及步骤 (12)2.3 树脂体系的制备 (13)2.3.1 制备方法 (13)2.3.2 丙烯酸与聚酰胺树脂接枝共聚的合成步骤 (13)2.3.3 改性后的树脂乳液制备步骤 (14)2.4 水性导电油墨的制备 (15)3 碳系导电油墨性能测试 (16)3.1 丝网印刷导电碳浆 (16)3.1.1 导电碳浆的干燥固化 (16)3.2 导电碳浆基本性能测试 (16)3.2.1 细度测试 (16)3.2.2 附着力测试 (17)3.2.3 油墨稳定性的测试 (17)3.2.4 油墨硬度的测试 (18)3.3.5 导电碳浆膜层导电性能测试 (19)3.3 印刷适应性 (21)4 结论 (23)参考文献 (24)1 绪论1.1 前言导电碳浆也可称为碳系导电油墨，是以非金属导体材料碳系颗粒均匀地分布于热塑性或热固性树脂中形成的粘稠浆状物。

非晶体类钻碳镀膜

非晶体类钻碳镀膜非晶体类钻碳镀膜是一种常见的表面处理技术，通过在材料表面形成一层钻碳薄膜，可以提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和导电性等性能。

本文将从非晶体类钻碳镀膜的工艺原理、应用领域和发展前景等方面进行探讨。

一、工艺原理非晶体类钻碳镀膜是利用物理气相沉积技术将碳源气体（如甲烷、乙烯等）分解为碳离子，并在高能量的离子轰击下使其沉积在材料表面形成薄膜。

这种薄膜主要由sp3杂化碳原子构成，具有均匀致密的结构和高硬度的特点。

二、应用领域非晶体类钻碳镀膜广泛应用于各个领域，其中最主要的应用领域包括以下几个方面：1. 机械工程领域：非晶体类钻碳镀膜可用于提高机械零件的耐磨性和硬度，减少零件的磨损和损伤，延长零件的使用寿命。

例如，在汽车发动机的活塞环、气门和摩擦副等部位镀膜，可以显著提高发动机的工作效率和可靠性。

2. 刀具制造领域：非晶体类钻碳镀膜可用于制造高效、高精度的切削工具，如铣刀、钻头、刀片等。

这些镀膜刀具具有较高的硬度和耐磨性，能够在高速切削和重负荷切削条件下保持较长的刀具寿命。

3. 光学领域：非晶体类钻碳镀膜可用于制造具有抗反射和硬度保护功能的光学薄膜。

这些镀膜广泛应用于太阳能电池板、摄像机镜头、眼镜镜片等光学器件上，可以提高光学器件的透光率和耐用性。

4. 电子领域：非晶体类钻碳镀膜可用于提高电子器件的导电性和稳定性。

例如，在集成电路、显示屏和导电玻璃等器件上镀膜，可以提高器件的导电性能和抗腐蚀能力。

5. 生物医学领域：非晶体类钻碳镀膜可用于制造生物医学器械，如人工关节、牙科种植体等。

这些器械通过镀膜可以提高其生物相容性和耐腐蚀性，减少与生物体的摩擦和损伤。

三、发展前景非晶体类钻碳镀膜技术在各个领域的应用前景广阔。

随着科技的不断进步和工艺的不断改进，非晶体类钻碳镀膜技术具有以下几个发展趋势：1. 薄膜性能优化：通过调控镀膜工艺参数和材料配比，进一步提高非晶体类钻碳薄膜的硬度、致密性和光学性能，以满足不同领域对薄膜性能的需求。

半导体名词解释

主动区(工作区)主动晶体管( )被制造的区域即所谓的主动区( )在标准之制造过程中是由，一层氮化硅光罩及等接氮化硅蚀刻之后的局部特区氧化( )所形成的，而由于利用到局部场氧化之步骤．所以会受到鸟嘴(’ )之影响而比原先之氮化硅光罩所定义的区域来得小以长之场区氧化而言大概会有之' 存在也就是说比原在之氮化硅光罩定义之区域小丙酮.丙碗是有机溶剂的一种，分子式为.性质：无色，具剌激性薄荷臭味之液体.用途：在内之用途，主要在于黄光室内正光阻之清洗、擦拭﹒毒性：对神经中枢具中度麻醉性，对皮肤粘膜具轻微毒性，长期接触会引起皮肤炎，吸入过量之丙酮蒸气会刺激鼻、眼结膜、咽喉粘膜、甚至引起头痛、念心、呕吐、目眩、意识不明等。

﹒允许浓度显影后检查之缩写目的：检查黄光室制程;光阻覆盖→对准→曝光弓显影。

发现缺点后，如覆盖不良、显影不良‥‥等即予修改()﹒以维产品良率、品质。

方法：利用目检、显微镜为之。

蚀刻后检查. 即，在蚀刻制程光阻去除、前反光阻去除后，分别对产品实施主检或抽样检查。

. 之目的有四：提高产品良率，避免不良品外流。

达到品质的一致性和制程之重复性。

显示制程能力之指针。

防止异常扩大，节省成本. 通常检查出来之不良品，非必要时很少做修改。

因为重去氧化层或重长氧化层可能造成组件特性改变可靠性变差、缺点密度增加。

生产成本增高，以及良率降低之缺点。

空气洗尘室进入洁净室之前，须穿无尘衣，因在外面更衣室之故﹒无尘衣上沽着尘埃，故进洁净室之前﹒须经空气喷洗机将尘埃吹掉。

对准目的：在的制造过程中，必须经过至次左右的对准、曝光来定义电路图案，对准就是要将层层图案精确地定义显像在芯片上面。

方法：利用芯片上的对准键﹒一般用十字键﹒和光罩上的对准键合对为之方式：.人眼对准，.用光、电组合代替人眼，即机械式对准。

融合之目的在使铝与硅基（）之接钢有特性，即电压与电流成线性关系。

也可降低接触的阻力值。

铝硅靶此为金属溅镀时所使用的一种金属合金材料利用游离的离子，让其撞击此靶的表面，把的原子撞击出来，而镀在芯片表面上，一般使用之组成为()，将此当做组件与外界导线连接。

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利用電漿輔助法進行類鑽碳薄膜濺鍍速率提昇之研究Studies on the Promotion of DLC Film Deposition Rate by Plasma Enhanced Magnetron Sputtering Method*高于迦華振宇卓廷彬邱松茂莊道良Y.J. Gao, C.Y. Hua, T.P. Cho, S.M. Chiu, T.L. Chuang財團法人金屬工業研究發展中心Metal Industries Research & Development Centre (MIRDC)摘要：類鑽碳(Diamond-like carbon,DLC)膜具有高硬度、耐磨耗、低摩擦係數等性質，由於具有這些優越特性，因此類鑽碳膜廣泛的用在金屬模具、刀具表面處理等工業應用上。

真空物理濺鍍製作之類鑽碳膜雖然具備相當優良的物理、化學特性，但是亦有鍍膜速率極為緩慢之缺點，往往需要長達數個小時的鍍膜時間，為了提昇類鑽碳膜之鍍膜速率，本研究中以電漿輔助法結合PVD真空濺鍍，進行類鑽碳薄膜之製作，並探討鍍膜參數與DLC薄膜鍍膜速率及附著力之關係。

Abstract:DLC thin film possesses high hardness、wear resistance and low friction coefficient characteristics. The advantages of DLC coating film are extensively applied in the surface treatment industries of metal molds(dies)、cutting tools. The manufacturing of DLC thin film using vacuum PVD sputtering technology has excellent physical and chemical properties, however, the deposition rate is very slow,usually takes several hours to deposit the DLC film. To promote the deposition rate of DLC coating film, we use the plasma enhancement method combined with PVD vacuum sputtering technology to perform the manufacturing of DLC coating film, also investigate the deposition parameters and relationship of the deposition rate of DLC coating film and adhesion.關鍵字：類鑽碳膜、電漿輔助、磁控濺鍍、鍍膜速率Keywords: DLC、Plasma Enhancement、Magnetron Sputtering、Deposition Rate一、前言類鑽碳膜具有極佳的物理特性、高導熱率與低摩擦係數等優良性質，由於具有這些優越特性，使其在機械、電子、半導體等工業之應用日益廣泛，因為類鑽碳為一種介穩態之碳材料，其組成包括了鑽石形態的sp3四面體結構與石墨形態的sp2平面結構，使的類鑽碳擁有優良的機械特性、熱傳、光學及電化學特性，尤其是在低摩擦、耐磨耗之應用[1-2]。

濺鍍法是目前廣泛的使用在半導體、電子元件、光學元件，具備裝飾性及功能性之鍍膜技術，藉由在真空中通入工作氣體形成電漿，並利用氣體離子轟擊靶材表面，撞擊出的靶材原子沉積於基材上即可形成薄膜，優點是對於材料的選擇性極大，幾乎所有材料皆可以使用濺鍍法沉積薄膜[3]。

類鑽碳膜雖然具備許多優良特性，但是缺點是使用真空濺鍍法製作類鑽碳薄膜之速率極為緩慢，往往需要數小時以上的製程時間，並且難以達成厚膜化鍍層，也因此基於成本與效率的考量上會限制類鑽碳部份領域之應用。

本研究中以電漿輔助模組結合PVD磁控濺鍍，產生熱電子發射與電漿進行反應，可提高電漿內激發物種之濃度並提昇電漿離子密度，以此方式進行類鑽碳薄膜之製作，並探討鍍膜參數與DLC薄膜鍍膜速率及附著力之關係。

二、實驗方法與步驟2.1電漿輔助模組本研究使用電漿輔助沉積模組，電漿輔助模組內之鎢絲通入高電流後，達到白熾狀態並釋放出熱電子。

一般在室溫狀態時，線材表面之電子沒有足夠能量離開金屬線材，因為能障會阻止電子逃脫，直到施加的能量大到足以使電子越過能障後，電子才能夠脫離金屬線材表面，此時金屬線材被加熱至極高溫，電子藉由熱震動的能量克服能障而產生放電現象，發射出電子或離子，這些放電粒子稱為熱電子[4]。

(a) (b)Fig 1、濺鍍腔體內之(a)電漿輔助沉積模組，(b)高熱鎢絲釋放熱電子。

電漿輔助沉積模組如Fig.1所示，裝設於PVD濺鍍靶材旁，使用之線材為鎢絲，線長150mm直徑0.3mm。

模組於PVD濺鍍時同步開啟，藉由熱電子之產生，提昇電漿內離子密度並進而增加類鑽碳鍍膜之速率。

2.2 電漿輔助濺鍍類鑽碳膜製作本研究使用批次式非平衡磁控濺鍍系統，搭配電漿輔助模組進行鍍膜，達到高速沉積之效果，濺鍍參數如Table 1所示，並於鍍膜完成後進行鍍膜速率與附著力分析。

2.2.1實驗設備實驗使用之設備有：超音波清洗機、小型烘箱、電漿輔助磁控濺鍍設備（腔體大小：350mm(D) ×400mm(H)）、Rockwell壓痕試驗機、SEM電子顯微鏡。

2.2.2材料與規格實驗中使用(100)方向之矽晶片與高速鋼片作為鍍膜基材，矽晶片作為膜厚量測用，高速鋼片則用於薄膜附著性測量。

2.2.3濺鍍實驗流程基材試片在進行磁控濺鍍製程之前，需先經過前處理清潔，超音波清洗後，分別以丙酮、去離子水震盪15分鐘，並使用壓縮氮氣吹乾水分，置入80℃烘箱中烘乾水分，確保後續鍍膜特性不受影響。

真空腔體預先抽氣至底壓5×10-7 torr，在每爐次參數鍍膜前需執行清靶動作10分鐘（清靶參數：Ar流量60 sccm，壓力3×10-3 torr，電流2A）。

類鑽碳鍍膜濺鍍參數如Table 1，各組參數鍍膜時間皆設定為30 mins，在進行類鑽碳膜沉積之前，需要先開啟電漿輔助模組，再開啟磁控濺鍍電源進行鍍膜。

另外在濺鍍類鑽碳膜之前，先於基材上沉積一層純鋯中介層改善鍍層與底材間之附著性。

Table 1、濺鍍參數表Specimen number Target C(A)Target Zr(A)Ar(sccm)C2H2(sccm)SubstrateBias (V)PlasmaEnhanced#1 3 0.5 60 5 40 Off #2 3 0.5 60 5 40 On #3 3 0.5 60 10 40 On #4 3 0.5 60 15 40 On #5 3 0.5 60 20 40 On #6 3 0.5 60 25 40 On Note:Zr layer: Ar 60 sccm, time 5 mins, current 0.8A2.2.4膜厚分析膜厚分析先矽晶片進行類鑽碳鍍膜，並以SEM電子顯微鏡觀察矽晶片破裂之截面區域，搭配EDS元素檢測獲得鍍膜之厚度資訊。

2.2.5附著性試驗使用Rockwell壓痕試驗機，並依據壓痕試驗規範(VDI 3198 standard 1991)進行鍍膜附著力之測試。

三、結果與討論3.1 鍍膜速率分析鍍膜厚度經由SEM分析矽晶片截面區域顯微影像，並以EDS輔助確認鍍層成份為C元素，整理各參數之鍍膜厚度，並計算鍍膜速率數值，詳細數據如Table 2所示。

Table 2、鍍膜速率表Specimen number Film Thickness(μm)Deposition Rate(μm/hr)#1 0.26 0.52#2 0.89 1.78#3 1.01 2.02#4 1.13 2.26#5 1.55 3.10#6 1.97 3.94由Table 2之結果可知，在電漿輔助模組開啟的狀況下，#2參數相較於沒有開啟的#1，其鍍膜速率提昇了三倍以上( from 0.52μm/hr to 1.78μm/hr)，顯示電漿離子密度之提昇的確可增進類鑽碳膜之鍍膜速率。

Fig 2為C2H2流量與鍍膜沈積速率之關係圖，由圖中可觀察到，隨著通入之乙炔氣體流量的增加，對類鑽碳膜厚度與速度有大幅的提昇作用，#6參數最高可達到1.97μm之膜厚以及3.94μm/hr之鍍膜速率(如Fig 3所示)。

Fig 3、#6參數鍍膜cross-section之SEM顯微照片3.2鍍膜附著力分析附著力分析使用洛式硬度機之鑽石錐，施加150kgf之荷重於鍍膜基材上，並於光學顯微鏡下觀察壓痕邊緣之破裂形態，以裂紋及鍍膜的破裂程度來評斷附著性，共分為HF1~HF6六種級別，HF1最優，HF6最差。

Table 3、壓痕試驗數據表Specimen number Film Thickness(μm)Adhesion Level(HF1~HF6)#1 0.26 HF3#2 0.89 HF2#3 1.01 HF3#4 1.13 HF3#5 1.55 HF3#6 1.97 HF4Table 3為濺鍍參數表中規劃的6組不同的類鑽碳鍍膜參數試片之壓痕試驗測試結果，由表中結果可得知使用電漿輔助沉積模組可獲得附著力HF2~HF4附著力等級之鍍層，且膜厚、鍍膜速率的提昇會略為降低鍍膜之附著力，但仍在可接受的範圍內(≧HF4)。

四、結論類鑽碳鍍層具有優異的機械磨潤、磨耗特性，若是可以提昇其鍍膜速率，同時保持、或改善其機械、光、電性質，在許多的工業領域上，將會有更多新穎的應用產生。

由實驗結果可知，使用電漿輔助沉積模組增加電漿離子密度，可提昇鍍膜速率三倍以上，且乙炔氣體流量的增加，對類鑽碳膜厚度與速度有大幅的提昇作用，#6參數最高可達到1.97μm之膜厚以及3.94μm/hr之鍍膜速率。

使用電漿輔助沉積模組可獲得附著力HF2~HF4附著力等級之類鑽碳鍍層。

五、參考文獻[1] C. Chouquet, J. Gavillet, C. Ducros, F. Sanchette, Effect of DLC surface texturing on friction and wear during lubricated sliding, Materials Chemistry and Physics 123 (2010) pp.367–371.[2] Jari Koskinen, Unto Tapper, Peter Andersson, Simo Varjus, Jukka Kolehmainen, Sanna Tervakangas, Wolfgang Buss, Friction reduction by texturing of DLC coatings sliding against steel under oil lubrication, Surface & Coatings Technology 204 (2010) pp.3794–3797.[3] A.K. Gangopadhyay, P.A. Wolermet, M.A. Tamor, W.C. Wassell, “Amorphous hydrogenated carbon films for tribological applications I. Development of moisture insensitive films having reduced compressive stress”, Tribol. Int 30(1977) pp.9-18. [4] J.B. Johnson, “Contribution of Thomas A. Edison to Thermionics.” American Journal of Physics, 28, 9, (1960) pp.763-773.。