不同厚度四面体非晶碳薄膜的高通量制备及表征

魏菁^1,2，李汉超^1,3，柯培玲¹，汪爱英¹

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2. 中国科学院大学3. 上海科技大学物质科学与技术学院

摘 要：材料基因组工程能大幅度提高材料研发速度,降低材料研发成本,近年来受到广泛关注。本研究采用高通量制备工艺,结合碳等离子体束流和基片位置的调控,利用自主设计研制的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧设备,沉积了厚度为4.7～183 nm的系列四面体非晶碳（ta-C）薄膜,使用椭偏仪、原子力显微镜、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪（XPS）表征了厚度对ta-C薄膜表面粗糙度、微结构和原子键态的影响。结果表明:通过碳等离子体束流和基片位置的调控,实现了不同厚度ta-C薄膜的高通量制备。尽管膜厚不同,所制备的ta-C薄膜均具有几乎不变的光滑表面（R_a=（0.38±0.02） nm）和色散值（Disp（G））,说明不同厚度ta-C薄膜的sp³含量、sp²团簇尺寸保持相对稳定。XPS结果进一步证实ta-C薄膜的sp3相对含量均维持在（55±5）%。此外,不同厚度ta-C薄膜的光学带隙E_opt均保持在（1.02±0.08）eV。相关结果为设计制备结构和光学性能可控的不同厚度ta-C薄膜提供了一种新思路。

关键词：四面体非晶碳膜;高通量;厚度;微结构;光学带隙;