[发明专利]一种在软基材表面制备低应力DLC薄膜的方法

说明书

本公开提供了一种在软基材表面制备低应力DLC薄膜的方法，包括：对基材进行预处理；采用物理气相沉积设备对高纯石墨靶材表面进行溅射清洗；固定基材并对基材表面进行等离子体轰击和刻蚀；在基材表面沉积低应力DLC薄膜；以及在真空环境下冷却基材表面沉积的低应力DLC薄膜。

技术领域

本公开涉及微结构气体探测器领域，尤其涉及一种在软基材表面制备低应力DLC薄膜的方法。

背景技术

在当前的大型核与粒子物理实验中，微结构气体探测器(MPGD)由于其造价低廉、位置分辨高，计数率高等性能而得到了广泛的应用。Apical材料由于其优良的绝缘性以及良好的热稳定性而广泛应用于微结构气体探测器的制作。位于欧洲核子中心(CERN)的大型强子对装机(LHC)上的CMS实验，用来作缪子触发的GEM(Gas Electron Multiplier，气体电子倍增器)探测器，即是一种传统的微结构气体探测器。其关键元件GEM薄膜的制作材料为双面镀铜的Apical，薄膜上有许多呈六角密排的小孔。在上下铜电极之间加上高电压后能在孔内得到很强的电场，从而对电子进行雪崩放大，以此实现电子倍增。

随着对撞机能量和亮度不断提高，对探测器性能的要求也越来越高。由于探测器苛刻的工作环境，传统的微结构气体探测器在工作时(GEM、MicroMegas)经常会发生打火放电现象。打火放电产生的局部电流会轰击探测器的电极，加速探测器的老化，长时间工作的情况下，还会使得探测器电极之间相互导通，损坏探测器。目前常用的方法是将探测器的金属电极换成阻性电极，这种方法能够有效的抑制微结构气体探测器的打火放电现象，提高探测器增益以及探测器的长时间稳定性。

当前，微结构气体探测器的主流的阻性电极是使用碳桨材料，采用丝网印刷工艺制备而成，因其造价便宜，易于大面积制作而得到一定的应用。然而碳浆阻性电极抗打火能力弱，容易被放电打火损坏，且电极的电阻率控制较难，不利于制作不同阻值的阻性电极。另一类阻性电极是基于DLC(Diamond like Carbon，类金刚石碳基)薄膜的阻性电极。DLC是一类含有金刚石结构和石墨结构的亚稳非晶态物质，具有面电阻稳定、低介电常数和宽带隙等优良电学性能以及化学稳定性和热稳定性等众多优点。因此用DLC制作的阻性电极抗打火能力与抗辐照能力极强，不受许多化学与物理加工过程的影响，是一种理想的阻性电极材料。

然而，在微结构气体探测器中，广泛用于探测器阻性电极材料的基材是绝缘的Apical薄膜。该基材厚度约为几十微米，在其表面沉积DLC薄膜时，由于DLC薄膜的自身应力会引起基材整体的卷曲和形变。极大的增加了后续探测器的精密加工难度以及探测器的制作成本，还会使得探测器的均匀性变差。当前，在钢片等硬基材上减小DLC薄膜应力的常见方法是通过在DLC制备过程中掺杂金属元素或者制作金属过渡层，但是这两种方法都会使得DLC薄膜的电阻值急遽变小且难以控制，不适用于微结构气体探测器阻性电极的制作。

因此，目前在微结构气体探测器领域，急需一种在软基材表面制备低应力DLC薄膜的方法。使得软基材表面沉积的DLC薄膜应力小、电阻率可控、结合力良好、不易损坏，从而不会使软基材发生卷曲现象，达到非常好的平整度，能够满足微结构气体探测器阻性电极制作的需求。

公开内容

(一)要解决的技术问题

针对在微结构气体探测器使用DLC薄膜阻性电极应力较大的问题，本公开提出了一种在软基材表面制备低应力DLC薄膜的方法。

(二)技术方案

本公开提供了一种在软基材表面制备低应力DLC薄膜的方法，包括：步骤1：对基材进行预处理；步骤2：采用物理气相沉积设备对高纯石墨靶材表面进行溅射清洗；步骤3：固定基材并对基材表面进行等离子体轰击和刻蚀；步骤4：在基材表面沉积低应力DLC薄膜；以及步骤5：在真空环境下冷却基材表面沉积的低应力DLC薄膜。

在本公开的一些实施例中，所述基材为绝缘薄膜，或者，单面敷有铜膜的绝缘薄膜。