大功率激光制备a-C和a-C H类金刚石膜的光学性能研究.pdf

VOl. 27 高 等 学 校 化 学 学报 NO. 6 2 0 0 6 年6 月 CHEMICAL J0URNAL 0F CHINESE UNIVERSITIES 10 12 ~ 10 15 大功率激光制备a-C 和a-CIH 类 金刚石膜的光学性能研究 1 2 1 1 1 1 3 陈宝玲 ，赵立新 ，张 冰 ，陈玉强 ，杨昕卉 ，彭鸿雁 ，金曾孙 （1. 牡丹江师范学院物理系，牡丹江 157012 ；2 . 牡丹江大学机电系，牡丹江 157011； 3. 吉林大学超硬材料国家重点实验室，长春 130012 ） 摘要 采用大功率高重复频率准分子激光溅射热解石墨靶制备了类金刚石碳膜，研究了实验条件对类金刚 石膜光学性能的影响，发现氢可以提高膜中! 3 键的含量和膜的光学透过率. 在实验参数范围内，膜的光学 性能随着氢压的增加而提高. 根据类金刚石膜的反应沉积机理对上述结果进行了分析、解释. 关键词 激光功率密度；类金刚石膜；光学性能；结构 中图分类号 0613. 7 1；0484 . 4 文献标识码 A 文章编号 0251-0790 （2006 ）06-1012-04 类金刚石碳膜的性能与金刚石相似，具有优异的物理化学性能，在很多领域具有广泛的应用价 值. 在光学应用方面，类金刚石膜具有高硬度、抗擦伤、耐腐蚀及在红外至可见光区有良好的透明性， 膜的折射率介于金刚石和石墨之间，在较大范围内（# = 1. 6 ~ 2. 8 ）可调等一系列优点，特别适合作为 光学窗口材料的增透保护膜. 目前已有多种类金刚石膜的制备方法，其中脉冲准分子激光沉积法 （ ［1 ~ 6 ］ PLD ）是近年来备受瞩目的一种 . 在PLD 过程中，经常在真空腔中加入一定量气体辅助类金刚石膜的沉积，常用气体有H ，0 ， 2 2 N ，Ar 和He 气等. 很多研究者报道在PLD 技术中通过向沉积腔中充入一定量的氢气可以改善膜的结 2 ［7 ］ 构和性能，如Malshe 等 首次在H2 气环境中用PLD 技术（红宝石激光）烧蚀热解石墨沉积DLC 膜， 实验时H 气压强60 Pa ，衬底温度50 C ，沉积结果与无氢时比较，膜的颜色较浅（呈浅黄色，无氢膜呈 2 深棕色），沉积速率也由0 . 6 nm/ 脉冲提高到2 . 5 nm/ 脉冲，光学带隙由1. 0 eV 升至1. 4 eV. 据Kenji Ebihara ［8 ］ 2 等 报道，当KrF 激光平均能量密度保持在8 J/ cm 时，随着沉积腔中H 气压由6. 65 Pa 提高 2 到106 Pa ，膜的带隙由1. 0 eV 增加到2. 0 eV. 气氛中的氢会随着沉积进入膜中，不同沉积过程和沉积 参数，膜中氢含量不同，膜的微结构和性能也有所不同. 本文在500 W 大功率XeCl 准分子激光条件下，沉积了a-C 和a-C I H 类金刚石膜，研究了其光学 性能，并根据类金刚石膜的沉积理论对实验结果进行分析.