第36卷，第11期 2016年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No.11·pp35683571
November, 2016
非平衡磁控溅射法制备的Cr-DLC薄膜真空退火的Raman光谱研究
卢保奇，许耀先，申广耀，季江华，王林军上海大学材料科学与工程学院电子信息材料系，上海200444
摘要利用非平衡磁控溅射法制得厚度达到2.23um的掺铬含氢类金刚石(Cr-DLC)碳膜。采用Raman光谱和XPS对制得的薄膜进行了结构和热稳定性等表征，结果表明：室温时，薄膜在1544cm-1附近的Raman“G"峰归属于石墨结构中C一C键的伸缩振动，即E2模式，而1367cm-1附近的"D"峰归属于sp"碳环的"呼吸"振动模式，即A1,模式；计算得到薄膜s力"键的相对含量约为48at.%。加热至300，薄膜的Raman谱图与室温时相似，表明此温度段薄膜的结构稳定，未发生明显改变；至400C时，Is/IG值迅速增大，sp"键含量升高，表明此时DLC膜发生了明显的结构变化，开始发生石墨化。继续升温，膜中Ip/Ic比率增加，“G” 峰位向高波数方向位移，表明sp/sp"比率逐渐增大，薄膜石墨化程度加强，sp键的无序度逐渐降低，最终导致薄膜的摩擦系数和磨损率等逐渐增大，热稳定性逐渐降低。退火600℃时，Ip/I，值以及s力键含量达到最大值，DLC薄膜失效。
关键调非平衡磁控溅射；类金刚石碳膜；Raman光谱；XPS；热稳定性
中图分类号：P619.2；O657.3
引言
文献标识码：A
类金刚石碳（diamondlikecarbon，DLC)膜是一类物理
和化学性能类似于金刚石的非晶碳膜，其优良的物理化学和机械性能以及独特的摩操学特性使之成为镀膜领域的应用和研究热点之一。前人对DLC薄膜热稳定性的Raman光谱进行了较详细的研究。Chowdhury等报道了基体温度对a-C： H薄膜结构影明的Raman光谱分析，指出在非晶碳膜中， Sp"键的增加可导致G峰向低波数方向位移，Dillon等对射频放电和离子束沉积法制得的DLC膜进行热退火样品的 Raman分析，指出随退火温度升高D峰和G峰的峰位向高波数方向位移，且I/I比值增大}；居建华等采用微激光 Raman光谱对射频等离子化学气相沉积(RF-CVD)法制备的 a-C：H(N)薄膜的激光退火过程进行了分析，认为随掺氮量的增加，薄膜的热稳定性增强，Mariotto等报道了a-C：H 和a-C：H(N)薄膜真空300和700C热退火效应，指出N+ 离子注入形成的a-C：H（N)薄膜，可以加速薄膜的石墨化)。Farrow等采用C+离子轰击a-C：H薄膜后，在400～ 600℃的退火温度下，薄膜中的氢含量减少，更趋石墨化。这一结果与Gonzalez等利用高频耦合辉光放电法沉积的a-C：H薄膜在600℃下退火的Raman的分析结果类似，而且
收稿日期：2015-08-28，修订日期：2015-12-19
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)11356804
Gonzalez等发现此温度下薄膜中出现了石墨微晶相6)。但是，利用非平衡磁控溅射（UBMS)法制备的接铬a-C：H(N) 薄膜的高温退火行为并不清楚，本工作就是采用激光Raman 研究了这种薄膜在退火过程中的微观组成和结构上的变化，以及退火对薄膜力学和擦性能的影。
实验部分 1
样品制备
1.1
采用四靶闭合磁场的非平衡磁控溅射技术，以Cr靶和石墨靶为靶材，在表面粗糙度小于0.1高速钢基体上，制备出厚度达到2.23um的掺铬类金刚石薄膜a-C：H(N)。反应气体为C,H，Ar和N，本底真空度为4×10-3Pa，工作真空度为0.1～0.2Pa。随后将制得的薄膜放入高温真空退火炉中分别加热至300，400，500和600℃，各温度段中样品均恒温1.5h后冷却至室温，升温与降温速率均为1℃·
min-。 1.2方法
Raman光谱采用美国Jobim-y"vom公司的LabRam型 Raman光谱仪。测试条件；率导体脉冲激光器和ICCD探测器，激光波长532nm，采样时积分时间10s，累计50次，脉冲频率5000Hz。XPS采用日本岛津Kratos公司的AXIS
基金项目：国家自然科学基金项目(61176072)和上海市教委教师产学研践习项目资助作者简介万方数据967年生，上海大学材料科学与工程学院电子信息材料系副教授
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