不同厚度四面体非晶碳薄膜的高通量制备及表征

摘要： 材料基因组工程能大幅度提高材料研发速度, 降低材料研发成本, 近年来受到广泛关注。本研究采用高通量制备工艺, 结合碳等离子体束流和基片位置的调控, 利用自主设计研制的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧设备, 沉积了厚度为4.7~183 nm的系列四面体非晶碳(ta-C)薄膜, 使用椭偏仪、原子力显微镜、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)表征了厚度对ta-C薄膜表面粗糙度、微结构和原子键态的影响。结果表明：通过碳等离子体束流和基片位置的调控, 实现了不同厚度ta-C薄膜的高通量制备。尽管膜厚不同, 所制备的ta-C薄膜均具有几乎不变的光滑表面(Ra=(0.38±0.02) nm)和色散值(Disp(G)), 说明不同厚度ta-C薄膜的sp3含量、sp2团簇尺寸保持相对稳定。XPS结果进一步证实ta-C薄膜的sp3相对含量均维持在(55±5)%。此外, 不同厚度ta-C薄膜的光学带隙Eopt均保持在(1.02±0.08)eV。相关结果为设计制备结构和光学性能可控的不同厚度ta-C薄膜提供了一种新思路。