实验10　直流等离子体法类金刚石薄膜（DLC）的制备

一、实验目的

（1）了解真空设备的操作特点。

（2）了解类金刚石薄膜的性质、应用及制备方法。

（3）掌握直流等离子体镀膜的方法。

二、实验原理

类金刚石薄膜是近来兴起的一种以sp³和sp²键的形式结合生成的亚稳态材料，是金刚石与石墨结构的非晶质碳膜，其性质与金刚石膜的性质很相近，兼具金刚石和石墨的优良特性。其具有优良的摩擦学特性及优良的力学、电学、光学、热学和声学等物理性质，如高硬度、耐磨损、表面光洁度高、低电阻率、高透光率，又有良好的化学稳定性。与金刚石膜相比，类金刚石膜具有下列特点：可在室温条件下制备，设备简单，操作易控，制备成本低，对衬底材料也没有太多限制，如玻璃、塑料等都可作为衬底材料；比较容易获得较大面积的类金刚石膜；制备过程十分安全，同时具有沉积速率高等优点。

三、实验用品

直流等离子体法沉积类金刚石薄膜制备设备，如图1-3所示。

四、实验步骤

（1）打开氢气净化器，预热到80℃。

（2）打开真空室（先打开放气阀），放好样品后（玻璃或硅片）关闭放气阀。

（3）打开电源，抽真空到20～30Pa。

（4）打开CH₄、H₂储气瓶阀门，通入氢气，流量为36sccm❶。

（5）接通放电电源，慢慢升高电压。阴极附近产生辉光放电，随着电压的升高，辉光放电越来越亮。待稳定后，再继续升高电压至600～900V。

（6）通入CH₄，流量为14sccm（显示流量为 20sccm，甲烷质量流量计系数为0.7）时，开始类金刚石沉积。此时，电压不变，电流可能有少许下降。

（7）沉积时间为0.5～1h。镀膜结束后，首先关闭CH₄气体，然后将放电电压降为“0”，关闭放电电源。30min后先后关闭氢气质量流量计、氢气净化器及气体钢瓶、真空泵、冷却水。

（8）打开放气阀，然后打开镀膜室，取出镀膜样品，进行观察与测试。关闭镀膜室，抽真空以保护真空状态。关闭真空泵，关闭总电源。镀膜结束。

五、思考题

（1）类金刚石薄膜有哪些特点和应用？

（2）类金刚石薄膜有哪些制备方法？

（3）真空设备的操作应注意哪些问题？

（4）直流等离子体镀膜的方法制备类金刚石薄膜的原理是什么？

参　考　文　献

［1］　李巧梅，罗北平，黄锋，许友，余红霞. 液相等离子体电沉积制备类金刚石薄膜. 电镀与涂饰，2013，32（10）：1-4.

［2］　董艳霞，陈亚芍，赵丽芳. 类金刚石薄膜的制备及其血液相容性的初步研究. 现代生物医学进展，2007，7（2）：211-214.

（于庆先）