Estructura y propiedades de las películas tipo diamante fabricadas por la tecnología de pulverización por pulverización de magnetrón no equilibrado de pulsos de frecuencia media

- Mar 28, 2019-

Estructura y propiedades de las películas tipo diamante fabricadas por la tecnología de pulverización de magnetrón de equilibrio de pulsos de frecuencia media.

Se prepararon películas de tipo diamante (DLC) por medio de pulverización magnetrónica de no equilibrio pulsada en portaobjetos de vidrio y se estudiaron los efectos de la presión de deposición sobre el espesor de la película, la microestructura, las propiedades mecánicas y las propiedades ópticas. Los resultados de la prueba de espesor muestran que el espesor de la película DLC aumenta con el aumento de la presión de deposición. Los resultados de la prueba de espectroscopía fotoelectrónica de rayos X muestran que cuando la presión de deposición aumenta de 0.18 Pa a 1.50 Pa, el contenido de carbono híbrido sp3 en la película de DLC disminuye con el aumento de la presión de deposición. Los resultados de la nano indentación y la prueba de elipsometría muestran que la nano dureza y el índice de refracción de la película de DLC disminuyen con el aumento de la presión de deposición. Los efectos de la presión de deposición sobre el crecimiento y la estructura de unión de las películas delgadas se analizaron mediante un modelo de inyección superficial. Los resultados anteriores muestran que la presión de deposición tiene una gran influencia en el espesor de la película DLC, el contenido de carbono híbrido sp3, las propiedades mecánicas y ópticas.

 

La película delgada (tipo diamante DLC) es clave (sp3) que contiene estructura de diamante de materiales amorfos amorfos y amorfables, el rendimiento integral de la membrana es similar al de la película de diamante, como alta dureza, bajo coeficiente de fricción, alta conductividad térmica y constante dieléctrica baja, brecha de banda ancha alta, transmitancia infrarroja, buena estabilidad química y biocompatibilidad, etc., y comparada con la temperatura de deposición de la película de diamante baja, rendimiento de alto costo, la rugosidad de la superficie de la membrana es pequeña, las ventajas de una fácil preparación, por lo tanto, tiene una buena perspectiva de aplicación en los campos de maquinaria, electrónica, óptica, medicina y materiales resistentes a la corrosión.

 

Desde que Aisenberg y Chabot fueron los primeros en 1971 por el método de deposición por haz de iones a temperatura ambiente (deposición por haz de iones de iones), después de la preparación de la película de DLC, se han desarrollado una variedad de métodos de preparación de película de DLC, como la pulverización de magnetrón, la deposición asistida por haz de iones deposición de arco de vacío catódico, deposición por láser pulsado, método de deposición química de vapor por descarga incandescente de radio frecuencia, método de deposición química de vapor por resonancia ciclotónica electrónica, método de deposición química de vapor asistida por plasma, como el método de deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor (CVD).

 

La pulverización con magnetrón es uno de los métodos más utilizados para preparar películas de DLC, con características notables como la capa de película uniforme, buena densidad, buena repetibilidad del proceso, alta tasa de deposición y baja temperatura del sustrato. La tecnología de la pulverización magnetrónica pulsada no equilibrada desarrollada en los últimos años, que combina las ventajas de la pulverización pulsante y la pulverización magnetrónica no equilibrada, se ha convertido en el proceso preferido reconocido para la preparación de una variedad de películas delgadas funcionales, incluidos los materiales aislantes. y ha sido ampliamente utilizado en el laboratorio y la industria. Además de las ventajas de la deposición de pulverización catódica con magnetrón general, este método puede eliminar de manera efectiva el fenómeno de la descarga por arco y la intoxicación por objetivos, mejorar la estructura, la calidad y las propiedades de la película, y mejorar la adhesión entre la película y el sustrato.

 

Combinación de película de DLC en forma de enlace covalente entre los átomos de carbono, los enlaces químicos son principalmente claves híbridas clave sp2 y sp3, los dos niveles de cuánto influyen directamente en el rendimiento de la película DLC: el contenido de la clave de hibridación sp3 es mayor, más cerca de la naturaleza de la película de diamante, caracterizada por la densidad de la capa de membrana, alta dureza, buena resistencia a la corrosión química, ancho de banda y alta resistividad. Con diferentes métodos y parámetros de deposición, el contenido del enlace híbrido sp3 en la película de DLC preparada es diferente, y el rendimiento de la película será muy diferente. En este trabajo, se prepararon películas similares a los diamantes por medio de pulsos si se producía una pulverización con magnetrón. Se estudiaron los efectos de la presión de deposición sobre el espesor de la película, la estructura de enlace químico, las propiedades mecánicas y las propiedades ópticas.

 

1. Experimento

 

Las películas tipo diamante (DLC) se depositaron en los portaobjetos de vidrio utilizando tecnología de pulverización de magnetrón no equilibrada pulsada de frecuencia media, con grafito (pureza 99,99%) como material objetivo y argón (pureza 99,99%) como gas de pulverización. Antes del sustrato se coloca en la cámara de vacío, primero se limpia con acetona, alcohol anhidro y agua desionizada respectivamente por ultrasonido durante 15 min, y luego se seca con una lámpara de infrarrojos y se coloca en la cámara de vacío. La bomba molecular se usó para la extracción al vacío. Después de que el grado de vacío alcanzó 5.0 10-4 Pa, se inyectó argón para cambiar el grado de vacío a 2.0 Pa, y se usó una fuente de alimentación de polarización de pulso para agregar una polarización negativa de 700V en el sustrato para la limpieza por pulverización durante 15 minutos (relación de trabajo del 80% ) para eliminar aún más las impurezas y las moléculas de aceite adsorbidas en la superficie del sustrato, mejorando así en gran medida el estado de la interfaz. En el proceso de deposición de la película, la distancia objetivo-base era de 90 mm, la potencia de la fuente de alimentación de pulverización era de 290 W, el la frecuencia fue de 40 kHz y el ciclo de trabajo fue del 80%, la fuente de alimentación de polarización de impulsos se fijó a 100 V, la frecuencia fue de 40 kHz, el ciclo de trabajo fue del 80%, la temperatura del sustrato fue la temperatura ambiente y la presión de deposición fue de 0,18 Pa , 0.36 a, 0.72Pa, y 1.50 Pa, respectivamente.

 

Se usó el instrumento de paso Veeco Dektak 150 para medir el espesor de la película de DLC preparada. El sistema de análisis de superficie kratos-xsam800 se utiliza para el análisis de la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) de las muestras, utilizando la fuente de rayos X de 13 kA 19 kAAA (1486.6 eV) y el grado de vacío en la sala de análisis. es superior a 1 10-6 Pa. La prueba de nano-dureza se completó en el instrumento de nano-indentación MTS (tipo xp). Durante la nano-indentación, se tomaron 3 puntos de cada muestra para su prueba, y luego se tomó el valor medio de la nano-dureza de los 3 puntos como la nano-dureza media de cada muestra. Las constantes ópticas de la película delgada se midieron en el elipsómetro espectroscópico m-2000 di producido por JAW ollam en los Estados Unidos, con un rango de longitud de onda de 600-1700 nm.

 

2. Conclusión

 

Se prepararon películas tipo diamante con argón como gas auxiliar y mediante tecnología de pulverización de magnetrón sin equilibrio de impulsos de frecuencia intermedia. Se estudió la influencia de la presión de deposición sobre la microestructura y las propiedades mecánicas de las películas de DLC:

 

(1) El espesor de la película DLC aumenta con el aumento de la presión de deposición.

(2) Los resultados de la prueba XPS muestran que cuando la presión de deposición aumenta de 0.18 a 1.50 Pa, el contenido de enlace híbrido sp3 en la película de DLC disminuye con el aumento de la presión de deposición. La influencia de la presión sedimentaria sobre el contenido del enlace híbrido sp3 en una película de DLC se puede explicar mediante un "modelo de inyección superficial".

(3) Los resultados de la prueba de nano-indentación muestran que cuando la presión de deposición aumenta de 0.18Pa a 1.50Pa, la nano-dureza y la recuperación elástica de la película de DLC disminuirán con el aumento de la presión de deposición.

(4) Los resultados de la prueba de elipsometría muestran que, en la misma longitud de onda de prueba, el índice de refracción de la película de DLC disminuye con el aumento de la presión de deposición, que se relaciona con la densidad de la película y el contenido de enlaces híbridos sp3.


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