氬氣流量對濺涂二氧化鈦和碳膜特性的影響
氬氣是一種非常不活潑、既不燃燒也不燃燒的稀有氣體,在工業上得到了廣泛的應用。通常我們在焊接時使用氬氣作為焊接保護氣體,以防止焊接部件被空氣氧化或氮化。氬氣也需要用于冶煉鈦、鋯、鍺等特殊金屬,以及電子工業。目前,一些學者詳細研究了氬氣在濺射二氧化鈦和碳膜特性中的作用。
學者們主要討論了不同氬氣流量對濺鍍二氧化鈦和碳膜特性的影響。主要研究項目有:(I)探討不同氬氣流量對涂層速率的影響;(II)二氧化鈦薄膜的光催化劑效率由接觸角測量儀分析;(III)用拉曼光譜分析碳膜的鍵結形態;(IV)原子力顯微鏡(AFM)觀察碳膜的表面形狀和粗糙度;(V)用紫外光-可見光譜儀分析碳膜的光穿透率和吸收強度。膜厚分別為1000。、500和900nm二氧化鈦薄膜試片,鍍條件為射頻功率200W,氬氣流量分別為40和50SCMM;涂層厚度為100nm的碳膜試片,涂層條件為射頻功率分別為800nm、110、140W、氬氣流量分別為30W、40和50SCCM。
根據飛濺過程的機制,在固定真空腔工藝壓力下(16mtorr),不同氬氣流量對鍍膜特性的影響可能是由于腔內顆粒的碰撞和氬氣在腔內的壓力變化引起的。研究結果顯示:(I)在高氬流量下,腔內氬分壓充足,氬離子轟擊靶材的概率增加,高氬流量對大分子量沉積粒子(二氧化鈦)的干擾較小,可提高涂層速率;但對小分子量沉積粒子(碳)的干擾較大,可降低涂層速率。(II)二氧化鈦薄膜在氬氣流量較低的情況下,光催化劑效果較好,可能是銳鈦礦結晶性較好所致。(III)在氬氣流量較高的情況下,從拉曼光譜分析中的ID/IG值上升,表明碳膜內部sp2鍵結比例增加,原子力顯微鏡增加了薄膜表面粗糙度,光譜儀分析顯示紅外光穿透率下降。以上結果表明,碳膜涂層率較慢,可能會增加薄膜生長的不連續性,導致薄膜無序,堆積不致密,容易增加內部石墨組成。相反,在較低的氬氣流量下,薄膜生長的連續性更高、更致密,會有更多的sp3鍵結,表面粗糙度下降,紅外光穿透率上升,這是由于薄膜內部鉆石組成的增加。