沉积偏压对含氢类金刚石薄膜机械性能影响机制研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在不同脉冲偏压条件下,在304不锈钢表面沉积了含氢类金刚石薄膜。利用Raman光谱对薄膜中氢、sp~2及sp~3含量进行了表征;利用纳米压痕仪对薄膜杨氏模量及硬度进行了检测;利用台阶仪对薄膜的厚度进行了测量;利用原子力显微镜对薄膜的形貌进行了表征,并探讨了沉积偏压对薄膜机械性能的影响规律及相应影响机制。结果表明:随着脉冲偏压的升高,薄膜中氢含量减少,C-C及C-H sp~3含量减少。I (D)/I (G)从1.45增加至1.71,薄膜硬度从12.40 GPa增加至16.10 GPa,薄膜厚度逐渐增加,厚度最厚达到1.94μm。当沉积偏压为2 400 V时,C-Csp~3含量最高且杨氏模量最大可达151.7 GPa,粗糙度最低为0.432 nm。当沉积偏压为2 600 V时,薄膜硬度值最大,氢含量最低。等离子体增强化学气相沉积制备含氢类金刚石薄膜的硬度不能完全由薄膜中C-C sp~3的含量决定,薄膜硬度随C-C sp~3含量变化存在滞后效应。