不同前驱体气体对DLC膜层的影响

在DLC膜层制备的过程中，都会使用到烃类的前驱体气体，而不同的前驱体对膜层的性能有着不同的影响。

通过评估一系列烃类前驱体在膜层的硬度、结合力和沉积速率的影响。得到膜层硬度从乙炔的平均15GPa提高到丁烯的25GPa，同时保持了较高的沉积速率。

采用了8种不同的气态烃前驱体进行了膜层高硬度、沉积速率和结合力评价和表征。碳氢化合物被选择包含单键、双键和三键碳和前驱体分子中不同比例的氢/碳。所有的前驱体都使用相同的工艺条件进行了评估。从图1、2和表1可以看出，丁烯的结合力、硬度和沉积速率最佳。采用拉曼光谱法测定Sp3含量，采用氢正向散射法(HFS)测定氢含量。

然后对工艺条件进行优化，进一步显著提高了硬度近50%，只有轻微的沉积速率的降低。根据分子的饱和度，在硬度数据中观察到一个趋势。完全饱和分子（甲烷和己烷）具有较高的硬度，而较少饱和分子的硬度较低，如三键乙炔的硬度最低，多双键苯的硬度也较低。

图1：不同碳前驱体气体制备的膜层的硬度比较

图2：不同碳前驱体气体制备的膜层划痕指数比较

甲烷和己烷的沉积速率最低，乙炔和苯的沉积速率最快，沉积速率也有这一趋势。不饱和烃的高沉积速率可以解释为pi键的更多的活性性质和在等离子体中可能形成更多的活性自由基。

通过拉曼数据解释，硬度降低的原因可能是前驱体中这些相同的pi键会导致形成更富含sp2的涂层。sp3含量和前驱体饱和度也有类似的变化趋势，通过拉曼光谱测定的sp3含量随前驱体饱和度的增加而增加。硬度随前驱体气体的氢含量降低而没有增加的趋势，这表明硬度以前驱体饱和度为主。结果表明，硬度主要由烃前体饱和而不是离子能或氢含量。

小结

根据烃类前驱体的选择，可以控制硬度、沉积速率和结合力。根据碳氢前驱体的饱和程度观察到的规律，饱和碳氢前驱体产生较硬的涂层，沉积速度较慢，而不饱和碳氢前驱体产生较软的涂层，沉积速度较快。