【干货普及】一文看懂类金刚石薄膜(DLC)的制备方法

（1）离子束沉积(IBD)，是指离子源生成的碳离子经质量分析磁场后单一价态的碳离子沉积在衬底上形成类金刚石薄膜，可获得大离子电流、排气能力强,可排除含氢的所有气体;

IBD示意图

（2）溅射沉积(RFS and MS)，是指利用射频振荡或磁场激发的氢离子轰击固体石墨靶，形成溅射碳原子(或离子)，从而在基材表面沉积类金刚石薄膜，这种方法的特点是沉积离子的能量范围宽。主要包括直流溅射、射频溅射和磁控溅射三种具体形式；

磁控溅射的示意图

（3）阴极弧沉积(FCVA)，是通过点弧装置引燃电弧，在电源的维持和磁场的推动下，电弧在靶面所经之处碳被蒸发并离化，同时在真空弧和基体之间增加磁过滤信道，通过调整磁场强度和偏压等参数，使得等离子体中的大颗粒中性成分及部分离子在信道中滤掉，从而获得由单一成分碳离子组成的沉积离子。操作方便、沉积速率较快,但易造成薄膜的污染；

（4）脉冲激光沉积(PLD)，是指脉冲激光束通过聚焦透镜和石英窗口引入空积腔后，投射在旋转的石墨靶上，在高能量密度的激光作用下形成激光等离子体放电，并且产生的碳离子有1keV量级的能量，在基体上形成sp³键的四配位结构，最终形成类金刚石薄膜。沉积速率高，可以获得高sp³含量的无氢类金刚石薄膜，但耗能高、沉积面积小；

脉冲激光沉积原理示意图

（5）直接光化学气相沉积(DPCVD)，是利用光子促进气体的分解来沉积类金刚石薄膜。成膜时无高能粒子辐射等问题，基片温度可降的很低，因而在低温成膜方面比较有优势；

（6）等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，是指通过低气压等离子体放电使气体碳源分解生成各种含碳的中性或离子基团(如CH₃、CH₂、CH⁺、C₂等)和原子(或离子)氢(H、H⁺)，并在基片负偏压的作用下使含碳基团轰击、吸附在基片表面，同时原子氢对结构中sp2碳成分产生刻蚀作用,从而形成由sp2和sp3碳混杂结构的氢化类金刚石薄膜。该方法提高了原料气体的分解率，降低了沉积温度，而且可以通过改变沉积参数来获得所需质量的薄膜；

（7）电化学沉积，传统的电化学沉积大多是在离子性的水溶液或有导电介质的有机溶液中进行，溶液的导电能力很好，因而合成过程中只需施加很小的电压就能完成反应。但电化学沉积法制备DLC薄膜采用含碳的纯净有机溶液作为电解质，这些有机溶剂在一般条件下不会离解成离子，极化程度也很弱。

因此通常在两个电极之间施加很高的电压，即利用强电场使溶液中的C-H、C-O和O-H等键发生断裂生成碳碎片，从而使含碳的成分以极性基团或离子的形式到达基片，并且在基片所处的高电位下得以活化，进而生成含一定sp3成分的类金刚石薄膜。

液相电沉积类金刚石薄膜的碳源应符合如下条件:

(1)具有较高的介电常数；(2)粘滞系数小；(3)分子中的CH₃或CH_n^(4-n)+基团需与极性基团键合。

液相电沉积方法装置示意图

虽然液相电沉积技术在制备类金刚石薄膜及其相关材料方面具有很多优势，目前对电化学沉积DLC薄膜的研究报道也越来越多，但这一领域仍有很多方面需要进一步研究:

(1)继续扩大成膜基底的选择范围,并深入研究不同基底材料对DLC薄膜性能的影响;

(2)更为全面地研究不同电解液和沉积条件对薄膜性质的影响;

(3)深入研究成膜机理,并建立具有普遍指导意义的理论模型;

(4)广泛开展功能元素的掺杂,使其可以在微电子、生物传感器等高新领域得到应用。

电沉积方法的独特优势，决定了它巨大的发展潜力，已在近年来受到了人们的普遍重视，相信随着研究的不断深入，技术的不断发展和成熟，该领域的研究范围将会越来越广，研究成果也会越来越丰硕。