[发明专利]ECR基板前置过滤网控制下的电子照射加工碳膜方法

说明书

技术领域

本发明属于碳膜制备领域，具体涉及一种ECR基板前置过滤网控制下的电子照射加工碳膜方法。

背景技术

电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance，ECR)电子照射沉积石墨烯嵌层纳晶碳膜是一种新型的薄膜材料，具有良好的电导率及磁特性，在电子触控屏、太阳能电池以及微机电等领域显示出巨大的应用潜力。但目前该种纳晶碳膜尚存在粗糙度较大和不耐磨损等缺陷，这在一定程度制约了其在工程实践上的运用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种ECR基板前置过滤网控制下的电子照射加工碳膜方法，该方法制备的ECR电子照射加工的碳膜保留原膜良好电学性能的同时表面光滑、耐磨。

为达到上述目的，本发明所述的ECR基板前置过滤网控制下的电子照射加工碳膜方法包括以下步骤：

1)将硅基片放入等离子体腔体中，然后将过滤网固定在硅基片的前端，并对等离子体腔体内进行抽真空，再将氩气通入到等离子体腔体内，然后对等离子体腔体施加350～450A的磁线圈电流及100～300W的微波使腔体中的初始电子在磁场和微波的耦合作用下产生电子回旋运动，使通入的氩气离化，得到氩等离子体；

2)对碳靶施加-300V～-200V的负直流偏压，等离子体腔体中的氩离子经加速后轰击碳靶，使碳靶中的碳原子团经过过滤网沉积到硅基片的表面，同时给硅基片与过滤网施加相同的20～100V的正电压，使得碳膜沉积的同时受到通过过滤网处理后的电子照射，得碳膜。

所述硅基片的一端固定有导电的过滤网夹具，过滤网固定于所述过滤网夹具上，孔径小于等于1mm。

步骤1)中对等离子体腔体内进行抽真空，再将氩气通入到等离子体腔体内的具体操作为：对等离子体腔体抽真空，当真空度大于2～5×10^-4Pa后将氩气通入到等离子体腔体中，使等离子体腔体内的气压大于2～6×10^-2Pa。

所述过滤网为表面预先涂覆有纳晶碳膜保护层的304不锈钢滤网。

所述碳原子团穿过过滤网在硅基片上沉积的碳膜厚度h＝5I_t，其中，I_t为碳靶上的电流，h为碳膜的厚度。

所述过滤网与硅基片间距小于等于15mm。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的ECR基板前置过滤网控制下的电子照射加工碳膜方法通过在硅基片的前端安装过滤网，碳膜沉积的同时通过过滤网处理后的电子进行照射，克服了直接电子照射沉积容易出现的粗糙度较大，膜厚不易控制的缺点，具有重要的应用价值，碳膜的粗造度下降11.7％～94.6％，同时有效的提高了碳膜的摩擦学性能，并且磨损寿命长，较原先提升约2个数量级。

附图说明

图1为本发明中碳膜沉积过程的示意图；

图2为本发明传统方法制备的的厚度为60nm的原碳膜的三维形貌图；

图3为本发明中第一实施例制备的厚度为60nm的碳膜的三维形貌图；

图4为本发明与传统方法得到的碳膜的导电性能对比图；

图5为传统方法得到的碳膜的pin-on-disk摩擦曲线；

图6为本发明中第一实施例得到的碳膜的pin-on-disk摩擦曲线；

图7为本发明中第三实施例得到的碳膜的pin-on-disk摩擦曲线；

图8为本发明中传统的304不锈钢过滤网制备得到的样品表面X射线电光子能谱(XPS)谱图；

图9为本发明中使用涂覆有碳膜保护层的304不锈钢过滤网制备得到的样品表面X射线电光子能谱(XPS)谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的ECR基板前置过滤网控制下的电子照射加工碳膜方法包括以下步骤：

1)将硅基片放入等离子体腔体中，然后将过滤网固定在硅基片的前端，并对等离子体腔体内进行抽真空，再将氩气通入到等离子体腔体内，然后对等离子体腔体施加350～450A的磁线圈电流及100～300W的微波使腔体中的初始电子在磁场和微波的耦合作用下产生电子回旋运动，使通入的氩气离化，得到氩等离子体；

2)对碳靶施加-300V～-200V的负直流偏压，等离子体腔体中的氩离子经加速后轰击碳靶，使碳靶中的碳原子团经过过滤网沉积到硅基片的表面，同时给硅基片与过滤网施加20～100V的正电压，使得碳膜沉积的同时受到通过过滤网处理后的电子照射，得碳膜。