[发明专利]氢化无定形碳涂层

说明书

发明领域

本发明涉及氢化无定形碳涂层。本发明进一步涉及沉积这种氢化 无定形碳涂层的方法。

发明背景

氢化无定形碳经证明是具有宽范围的电子、光学和摩擦学性质的 材料。

氢化无定形碳的性质主要取决于sp³与sp²杂化碳的比率和氢含 量。

由于sp³与sp²杂化碳的比率和氢含量可以在宽范围内变化，可以 实现氢化无定形碳的多种多样的性质。

可以通过许多不同技术沉积氢化无定形碳涂层，例如通过离子束 沉积、等离子体溅射、激光烧蚀，最重要地通过化学气相沉积(CVD)， 更特别通过等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。

此外，可以通过使用直接等离子体的技术或通过使用远程等离子 体的技术沉积氢化无定形碳涂层。

在直接等离子体中，涉及高能离子。离子轰击的存在造成在性质 上为物理的生长法，且其中抑制生长前体的化学性质。

在远程等离子体中，表面上的感生自偏压固有地低于直接等离子 体中感生的自偏压。

当电子温度低时，等离子体行为受重粒子动力学支配，即生长用 前体的生成受化学而非受物理过程(如电子冲击离解或电离)支配。 该化学因此可以更有选择性，以致主要生成一种特定的生长用前体。

出现使用膨胀热等离子体(ETP)的技术作为有希望以相对较高沉 积速率沉积氢化无定形碳涂层的技术。从″Optical and mechanical properties of plasma-beam-deposited amorphous hydrogenated carbon(等离子束沉积的无定形氢化碳的光学和机械性质)，J.Appl. Phys.80(10)，5986-5995，1996″中获知通过膨胀热等离子体技术 沉积无定形氢化碳涂层。使用高于10的载气流与含碳前体气流的比率 F沉积这种无定形氢化碳涂层。这种无定形氢化碳涂层的傅里叶变换 红外(FTIR)透射光谱显示在图3中。该涂层的缺点是硬度有限。

因此，高品质氢化无定形碳涂层的快速沉积仍是重要的问题。

发明概述

本发明的一个目的是提供以基本不存在sp^x杂化CH_x端基为特征的 氢化无定形碳涂层，其中x等于1、2和3。

另一目的是提供以低百分比的sp³杂化碳为特征但仍具有高硬度 的氢化无定形碳涂层。

再一目的是提供以高沉积速率沉积氢化无定形碳涂层的方法。

根据本发明的第一方面，提供了以基本不存在sp^x杂化CH_x端基(其 中x等于1、2和3)为特征的氢化无定形碳涂层。本发明的氢化无定 形碳涂层的特征因此在于，基本不存在sp¹杂化CH₁端基、基本不存在 sp²杂化CH₂端基和基本不存在sp³杂化CH₃端基。

x＝2和x＝3的sp^x杂化CH_x基团在键链中充当端基。

由于本发明的氢化无定形碳涂层的特征在于基本不存在sp^x杂化 CH_x端基，因此存在C-C键的强互连网络。

另一方面，大量的sp^x杂化CH_x端基导致软的材料。

本发明的氢化无定形碳涂层基本不存在sp^x杂化CH_x端基因此是显 著的优点，因为这产生具有高硬度的氢化无定形碳涂层。

从傅里叶变换红外(FTIR)透射光谱中清楚看出基本不存在sp^x杂化CH_x端基。本发明的无定形氢化碳涂层的FTIR透射光谱在2800 至3400cm^-1波数范围内显示出被峰谷隔开的两个峰，而现有技术(J. Appl.Phys.80(10)，5986-5995，1996)中已知的无定形氢化碳涂 层的FTIR透射光谱在2800至3400cm^-1波数范围内显示出一个宽峰。