[发明专利]一种类金刚石薄膜的制备方法

说明书

本发明实施例涉及薄膜制备技术领域，本发明实施例公开了一种类金刚石薄膜的制备方法，包括：将薄膜载体置于真空环境并通入Ar；外加偏压电源进行辉光清洗；更换Ne惰性气体作为工作气体，并给碳靶提供靶材电压；外加复合直流HiPIMS电源给薄膜载体提供负偏压；调整完成HiPIMS电源与复合直流HiPIMS电源的波形匹配，并依据预定薄膜沉积时间完成薄膜沉积，获得目标产物类金刚石薄膜。本发明采用复合直流HiPIMS作为偏压，并与高功率脉冲磁控溅射电源匹配，实现对HiPIMS电源在脉冲期间和脉冲结束后等离子体能量的单独调控与优化，进而在不破坏sp³键前提下诱导内应力的释放，解决目前尚无在保证高sp³键含量的同时又可降低DLC薄膜内应力的问题。

技术领域

本发明实施例涉及薄膜制备技术领域，具体涉及一种类金刚石薄膜的制备方法。

背景技术

类金刚石薄膜(Diamond-like carbon,DLC)因具有高硬度、低摩擦系数、良好的透光性、化学惰性以及生物相容性等优异的物理化学特性而备受关注，其在机械、光学、航空航天、生物医学等诸多领域均有着广泛的应用前景。尤其是含有高sp³键含量的DLC薄膜，具有更加卓越的力学性能和热稳定性，可以更好地用作汽车发动机耐摩擦涂层以及高速切削刀具涂层等。

高功率脉冲磁控溅射(High Power Impulse Magnetron Sputtering,HiPIMS)技术通过降低占空比(10％)，在短脉冲内(10～500μs)内为靶材供应kW/cm²级的瞬时高功率，使得等离子体密度相比于传统磁控溅射提高2～3个数量级，目前已成为高sp³键含量DLC薄膜制备的强有力技术手段。然而在高密度的等离子体成膜环境下，DLC薄膜沉积过程中受到高能离子的轰击，导致薄膜内部局域密度增加，sp³杂化键发生扭曲，造成复杂且高度交联碳网络变形程度提高，所形成内应力可高达5-10GPa，致使制备的DLC薄膜易出现破裂或脱落的现象，严重地限制了可正常附着的DLC薄膜的厚度，从而失去了实用价值。

目前对于如何降低DLC薄膜内应力，主流技术手段主要有两大类：第一类是掺杂异质元素，改变薄膜中sp³/sp²杂化键比例，调整键角与键长的畸变，促使非晶碳基质网络结构重整，从而有效释放内应力，但目前的掺杂方式都或多或少以牺牲薄膜中的sp³键为代价，降低了其高强度机械性能的特性。另一类，则采用退火方式对DLC薄膜进行后处理，薄膜中应力虽然在670℃左右几乎完全被释放，与此同时其sp³含量几乎保持不变，但退火处理方式无疑增加了沉积系统的复杂性，大规模工业化生产也面临过程难以控制以及成本昂贵等问题。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种类金刚石薄膜的制备方法，采用复合直流HiPIMS作为偏压，并将其与高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)电源进行匹配，实现对HiPIMS电源在脉冲期间和脉冲结束后等离子体能量的单独调控与优化，进而在不破坏sp³键前提下诱导内应力的释放，解决目前尚无在保证高sp³键含量的同时又可降低DLC薄膜内应力的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供了一种类金刚石薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤100、将薄膜载体置于真空环境内并通入Ar惰性气体作为工作气体；

步骤200、外加偏压电源给所述薄膜载体提供预先设定电压值、占空比和频率的负偏压，完成对所述薄膜载体的辉光清洗；

步骤300、在薄膜载体正对碳靶的状态下，停止Ar惰性气体输入，更换Ne惰性气体作为工作气体，并通过高功率脉冲磁控溅射电源给所述碳靶提供预先设定电压值、脉冲宽度及频率的靶材电压；