127 / 2023-11-19 19:21:43

同步脉冲偏压对HiPIMS制备DLC薄膜结构和性能的影响

高功率脉冲磁控溅射技术；同步脉冲偏压；DLC薄膜；等离子体放电特性

探讨同步脉冲偏压对高功率脉冲磁控溅射(High power impulse magnetron sputtering，HiPIMS)石墨靶沉积类金刚石（diamond-like carbon，DLC）薄膜结构与性能的影响。通过调控同步脉冲偏压的幅值与滞后时间，研究离子通量和能量对HiPIMS制备DLC的影响规律。采用示波器对HiPIMS电源放电波形进行实时监控，同时利用Langmuir单探针系统研究沉积过程中的等离子体状态。通过SPM、XPS和Raman光谱仪表征不同偏压下薄膜的表面形貌和微观结构，并利用SEM、纳米压痕仪、残余应力仪以及划痕仪，对比研究所制备DLC薄膜的厚度分布、硬度、应力和膜基结合力。随着同步脉冲偏压的幅值由-100 V增加至-900 V，DLC薄膜的沉积速率先增后减，在-500 V时达到最大，其沉积速率为352nm/h，表面粗糙度也随着幅值的增加而先增后减，在-300 V和-500 V时，表面粗糙度较低，分别为0.61±0.02nm和0.61±0.04nm，sp<sup>3</sup>含量从52.8%降低至42.9%，残余应力由-3.389 GPa下降至-1.9 GPa，硬度从48.6 GPa下降至35.1 GPa。随着同步脉冲偏压的滞后，DLC薄膜的沉积速率逐渐增加，在40 μs时达到最大，表面粗糙度变化不大，sp<sup>3</sup>含量从45.2%增加至46.7%，残余应力由-1.92 GPa增加至-3.05 GPa，硬度从37.7 GPa上升至45.4 GPa。采用同步脉冲偏压的方式，为实现高性能碳制备提供新的设计思路。