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《北京印刷学院》 2006年
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掺氮类金刚石薄膜的制备及其表征

胡立琼  
【摘要】:本文采用射频-等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法,以N_2、CH_4和Ar为源气体,制备掺氮类金刚石薄膜(α-C:H(N)薄膜),采用傅立叶变换红外光谱FTIR,拉曼光谱Raman,X射线光电子能谱XPS,X射线衍射XRD,和扫描电镜SEM等手段对其进行成分、结构和形貌分析,并测量了薄膜摩擦磨损系数、硬度和弹性模量等力学性能,研究了不同工艺条件,特别是不同氮气分压下对薄膜结构性能的影响。 研究结果表明,采用RF-PECVD法,以N_2、CH_4和Ar为反应气源可成功制备含氮的类金刚石薄膜,且随着氮气分压从10%提高到70%时,薄膜的平均摩擦磨损系数从0.25降至0.12,耐磨性得到改善,同时,膜的硬度和弹性模量也随之提高。XRD和SEM测量结果显示富氮的薄膜为氮、碳原子层状交织的非晶态共价网络结构,FTIR分析表明氮原子主要以C=N键的形式存在于共价网络结构中,还有部分C≡N和N-H键以端基的形式存在于网络的边缘;XPS光谱分析表明混和气体中N_2含量从30%变化到70%时,薄膜中含氮量从7.8%增加到12.8%,且随着N_2通入量的增加,薄膜中N/C比例增大;在价键比例的分析中,Raman光谱显示,随着N_2气分压量的增加,I(D)/I(G)值减小,由此推断薄膜中sp~2/sp~3比值的减小:XPS的分析则通过对曲线的分峰拟合,证实了氮的引入,进一步稳定了sp~3键态的杂化,取得了与Raman光谱一致的结果,可预见这种结构的薄膜将在力学和电学材料等方面具有广阔的应用前景。最后,文章详细探讨了类金刚石薄膜的生长过程,氮在类金刚石薄膜中的成键方式以及掺氮提高类金刚石薄膜性能等方面的机理。
【学位授予单位】:北京印刷学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB383.2

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