[发明专利]类金刚石薄膜制备装置和制备方法

说明书

本发明提供一类金刚石薄膜制备装置和制备方法，其中所述类金刚石薄膜制备装置包括一气体供给部；一脉冲电源；以及具有一反应腔室，所述反应腔室用于放置一基体，所述气体供给部用于向所述反应腔室提供反应气体，所述脉冲电场用于向所述反应腔室提供脉冲电场，促使所述反应气体通过PECVD方式沉积于所述基体的表面形成一类金刚石薄膜。

技术领域

本发明涉及表面改性领域，更进一步，涉及一类金刚石薄膜制备装置和制备方法。

背景技术

等离子体辅助沉积、注入及表面改性，是材料表面镀膜和改性的重要手段。由于低气压放电过程是处于非平衡态的，需在高温条件才能形成薄膜，且薄膜的性能在此条件可以得到提高，沉积出具有非平衡态化学成分和各做非晶体形态的薄膜，例如类金刚石薄膜。

类金刚石薄膜(Diamond Like Carbon，DLC)是近年来兴起的一种以sp3和sp2键的形式结合生成的亚稳态材料，兼具了金刚石和石墨的优良特性，其具有高硬度、高电阻率、良好光学性能以及优秀的摩擦学特性。类金刚石薄膜具有多种不同的结构形式，埋置特殊结构的碳纳米材料(类富勒烯结构碳，纳米非晶碳，石墨烯)，因其具有超低摩擦系数、高硬度、良好的弹性恢复以及优良的耐磨性，已作为一类高性能固体润滑材料而受到了科学界和工业界的广泛关注。

近年来电子产品方兴未艾，市场多样性的产品在满足消费者不同需求的同时，其使用过程中也存在一些问题，如手机玻璃屏、柔性屏等容易出现刮伤划痕等。解决这些问题的一个方法是在屏幕的表面镀上一层类金刚石薄膜。类金刚石薄膜在各类触摸屏和摄像镜头等产品中具有广泛的应用前景，为了在实现保护目的同时不影响产品的使用性能，要求类金刚石薄膜具有良好的透光性，又具有一定的韧性和硬度要求，这样才能够确保玻璃屏、柔性屏既有足够的表面强度，防止刮花，保持良好的视觉效果。

现有的类金刚石薄膜的制备方法中的其中一种是物理气相沉积方法，比如通过磁控溅射方式形成镀膜，由此得到DLC膜；另一种是化学气相沉积方法，比如利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积DLC膜，它是以碳氢气体如甲烷、乙烷、乙炔、苯、丁烷等为碳源，在等离子体的作用下碳氢气体经过活化、解离、沉积等复杂过程，制得含有一定氢的DLC膜。

另外，DLC的制备过程涉及复杂的反应过程，形成DLC膜的特性与众多因素有关，比如原材料的成分比例，具体工艺条件的控制等，其中对于相同的原料工艺条件的控制也明显影响形成的DLC膜的特性，且影响方式相对复杂。而对于不同的镀膜产品，其需要的DLC膜的性能也不同。现有的物理镀膜方式还是化学镀膜方式，其都会在较高温度下成膜，一方面对镀膜的基体产生影响，另一方面，其只能适应性一些耐高温或者极高温度的材料或者设备，而不适于普通设备，使用范围较窄。在较低温度下沉积具有结构稳定、性能优异的类金刚石薄膜逐渐成为了人们研究的热点和难点。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一类金刚石薄膜制备装置和方法，其能够在较低温度下进行等离子体增强化学沉积(PECVD)形成类金刚石薄膜。

本发明的一个目的在于提供一类金刚石薄膜制备装置和方法，其利用射频电场和高压脉冲电场协同作用来进行等离子体增强化学沉积形成所述类金刚石薄膜。

本发明的一个目的在于提供一类金刚石薄膜制备装置和方法，其利用低功率射频放电维持等离子体环境，抑制高压放电过程的弧光放电，由此提高化学沉积效率。

本发明的一个目的在于提供一类金刚石薄膜制备装置和方法，其沉积反应温度低，适于不耐高温的电子设备或者其它基体。

本发明的一个目的在于提供一类金刚石薄膜制备装置和方法，其利用脉冲占空比，调节含氢类金刚石薄膜的内部结构，使其具有高硬度和高透明性。

本发明的一个目的在于提供一类金刚石薄膜制备装置和方法，其在基体表面直接沉积形成膜层，不需要进行漫长的离子交换过程，也不需要进行离子浴，制备过程简单、反应时间短、成本较低。