超薄四面体非晶碳膜的结构和性能

许世鹏^1,2，王华^1,2，陈维铅^1,2，李玉宏^1,2，李玉军¹，汪爱英³

1. 甘肃省太阳能发电系统工程重点实验室酒泉职业技术学院2. 酒泉新能源研究院3. 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中国科学院宁波材料技术与工程研究所

摘 要：使用磁过滤阴极真空电弧（FCVA）技术制备不同厚度的超薄四面体非晶碳膜（ta-C）,研究了表征和测量超薄ta-C碳膜微观结构和性能的方法以及膜厚的影响。使用X射线衍射仪验证椭圆偏振光谱仪联用分光光度计表征膜厚度的可靠性并测量了膜密度;用拉曼谱分析薄膜的内在结构,验证用椭偏联用分光光度计表征sp³C含量的可靠性;用Stoney,s公式计算了薄膜的残余应力。结果表明,薄膜的厚度由7.6 nm增大到33.0 nm其沉积速率变化不大,为1.7±0.1 nm/min;根据椭偏联用分光光度计的表征结果,薄膜中sp³C的含量逐渐减少,拓扑无序度降低,与拉曼谱的表征结果一致;厚度为7.6 nm的超薄ta-C碳膜中p³C的含量最高;随着厚度的增大薄膜中的残余压应力从14 GPa降低到5 GPa;厚度为11.0 nm的薄膜主体层密度最大,为3070 kg/m³,致密性较好;厚度对薄ta-C碳膜表面粗糙度的影响较小。用椭偏和分光光度计测量超薄ta-C碳膜的厚度和表征显微结构是可行的,X射线反射法可用于测量超薄ta-C碳膜密度和表面粗糙度,但是对薄膜的质量要求较高。

关键词：无机非金属材料;膜厚;表征;ta-C;