一文看懂類金剛石薄膜（DLC）的制備方法及應(yīng)用

（1）離子束沉積(IBD)，是指離子源生成的碳離子經(jīng)質(zhì)量分析磁場后單一價態(tài)的碳離子沉積在襯底上形成類金剛石薄膜，可獲得大離子電流、排氣能力強,可排除含氫的所有氣體;

IBD示意圖

（2）濺射沉積(RFS and MS)，是指利用射頻振蕩或磁場激發(fā)的氫離子轟擊固體石墨靶，形成濺射碳原子(或離子)，從而在基材表面沉積類金剛石薄膜，這種方法的特點是沉積離子的能量范圍寬。主要包括直流濺射、射頻濺射和磁控濺射三種具體形式；

磁控濺射的示意圖

（3）陰極弧沉積(FCVA)，是通過點弧裝置引燃電弧，在電源的維持和磁場的推動下，電弧在靶面所經(jīng)之處碳被蒸發(fā)并離化，同時在真空弧和基體之間增加磁過濾信道，通過調(diào)整磁場強度和偏壓等參數(shù)，使得等離子體中的大顆粒中性成分及部分離子在信道中濾掉，從而獲得由單一成分碳離子組成的沉積離子。操作方便、沉積速率較快,但易造成薄膜的污染；

（4）脈沖激光沉積(PLD)，是指脈沖激光束通過聚焦透鏡和石英窗口引入空積腔后，投射在旋轉(zhuǎn)的石墨靶上，在高能量密度的激光作用下形成激光等離子體放電，并且產(chǎn)生的碳離子有1keV量級的能量，在基體上形成sp³鍵的四配位結(jié)構(gòu)，然后形成類金剛石薄膜。沉積速率高，可以獲得高sp³含量的無氫類金剛石薄膜，但耗能高、沉積面積??；

脈沖激光沉積原理示意圖

（5）直接光化學(xué)氣相沉積(DPCVD)，是利用光子促進氣體的分解來沉積類金剛石薄膜。成膜時無高能粒子輻射等問題，基片溫度可降的很低，因而在低溫成膜方面比較有優(yōu)勢；

（6）等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)，是指通過低氣壓等離子體放電使氣體碳源分解生成各種含碳的中性或離子基團(如CH₃、CH₂、CH⁺、C₂等)和原子(或離子)氫(H、H⁺)，并在基片負(fù)偏壓的作用下使含碳基團轟擊、吸附在基片表面，同時原子氫對結(jié)構(gòu)中sp2碳成分產(chǎn)生刻蝕作用,從而形成由sp2和sp3碳混雜結(jié)構(gòu)的氫化類金剛石薄膜。該方法提高了原料氣體的分解率，降低了沉積溫度，而且可以通過改變沉積參數(shù)來獲得所需質(zhì)量的薄膜；

（7）電化學(xué)沉積，傳統(tǒng)的電化學(xué)沉積大多是在離子性的水溶液或有導(dǎo)電介質(zhì)的有機溶液中進行，溶液的導(dǎo)電能力很好，因而合成過程中只需施加很小的電壓就能完成反應(yīng)。但電化學(xué)沉積法制備DLC薄膜采用含碳的純凈有機溶液作為電解質(zhì)，這些有機溶劑在一般條件下不會離解成離子，極化程度也很弱。

因此通常在兩個電極之間施加很高的電壓，即利用強電場使溶液中的C-H、C-O和O-H等鍵發(fā)生斷裂生成碳碎片，從而使含碳的成分以極性基團或離子的形式到達(dá)基片，并且在基片所處的高電位下得以活化，進而生成含一定sp3成分的類金剛石薄膜。

液相電沉積類金剛石薄膜的碳源應(yīng)符合如下條件:

(1)具有較高的介電常數(shù)；(2)粘滯系數(shù)??；(3)分子中的CH₃或CH_n^(4-n)+基團需與極性基團鍵合。

液相電沉積方法裝置示意圖

雖然液相電沉積技術(shù)在制備類金剛石薄膜及其相關(guān)材料方面具有很多優(yōu)勢，目前對電化學(xué)沉積DLC薄膜的研究報道也越來越多，但這一領(lǐng)域仍有很多方面需要進一步研究:

(1)繼續(xù)擴大成膜基底的選擇范圍,并深入研究不同基底材料對DLC薄膜性能的影響;

(2)更為全面地研究不同電解液和沉積條件對薄膜性質(zhì)的影響;

(3)深入研究成膜機理,并建立具有普遍指導(dǎo)意義的理論模型;

(4)普遍開展功能元素的摻雜,使其可以在微電子、生物傳感器等高新領(lǐng)域得到應(yīng)用。

電沉積方法的獨特優(yōu)勢，決定了它巨大的發(fā)展?jié)摿Γ言诮陙硎艿搅巳藗兊钠毡橹匾?，相信隨著研究的不斷深入，技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，該領(lǐng)域的研究范圍將會越來越廣，研究成果也會越來越豐碩。