市面上別人稱呼的類金剛石薄膜,通常指的就是DLC薄膜,是英文詞匯Diamond Like Carbon的簡稱,它是一類性質近似于金剛石,具有高硬度,高電阻率的薄膜。鍍制DLC薄膜,通常采用DLC薄膜真空鍍膜設備鍍制,效率高,沉積速率快。
DLC薄膜具有良好光學性能等,同時又具有自身獨特摩擦學特性的非晶碳薄膜。碳元素因碳原子和碳原子之間的不同結合方式,從而使其最終產生不同的物質:金剛石(diamond)—碳碳以 sp3鍵的形式結合;石墨(graphite)—碳碳以sp2鍵的形式結合;而這里所述類金剛石(DLC)—碳碳則是以sp3和 sp2鍵的形式結合,生成的無定形碳的一種亞穩(wěn)定形態(tài),它沒有嚴格的定義,可以包括很寬性質范圍的非晶碳,因此兼具了金剛石和石墨的優(yōu)良特性;所以由類金剛石而來的DLC膜同樣是一種亞穩(wěn)態(tài)長程無序的非晶材料,碳原子間的鍵合方式是共價鍵,主要包含sp2和sp3兩種雜化鍵,而在含氫的DLC膜中還存在一定數(shù)量的C-H鍵。
自1963年在一次偶然的機會出現(xiàn)了不尋常的硬度和化學性能好的化學汽相沉積(CVD)碳形式的薄膜后,國外有不少研究單位開始研究金剛石薄膜的沉積工藝.1971年,艾森伯格(Aisenberg)和沙博(Chabot)等人,利用離子束蒸鍍法,以石墨作薄膜材料,通過氬氣弧光放電使石墨分解電離產生碳離子。碳離子經磁場聚焦成束,在比較高的真空條件下,在低壓沉積室內的室溫下的基片上沉積出了硬碳膜。這種硬碳膜具有近似于金剛石的一些特性-如透明度高、電阻抗大、硬度高等。當時,這種膜被人們稱作i形碳。直到1976年,斯潘塞(Spencer)等人對這種應碳膜的結構進行了探討,結果確認膜中有金剛石等數(shù)種碳系結晶,后才被人們稱之為類金剛石膜。就在這一年,德賈吉恩(Derjaguin)等人利用化學轉變法合成出了金剛石薄膜。從此之后,低壓CVD金剛石薄膜工藝引起了人們的注意。70年代中期,前蘇聯(lián)的科學家,論證了實用的CVD金剛石薄膜技術,接下來日本人又模仿和發(fā)展了此項技術。進入80年代后,低壓CVD金剛石薄膜研究在日本蓬勃開展起來。在從1963~1987年的25年中,各國相繼發(fā)表的有關金剛石薄膜制作技術及其相關材料的專利,共有672篇。其中美國有53篇,日本有507篇,其他國家為112篇。而在1983~1987年這4年內,全世界就發(fā)表了這方面的專利573篇,其中日本發(fā)表有488篇。由此看出,80年代中期是CVD法沉積合成金剛石薄膜技術的大發(fā)展時期,而日本的研究開展的最為活躍
在制備DLC薄膜時,因為制備方法的不同,可以制備含氫和非氫DLC薄膜。在制備這兩種DLC薄膜時,含氫和非氫DLC薄膜的結構,性能都不一樣。非氫DLC薄膜只是在基片上濺射石墨,不含有其他的離子或元素,但是含氫DLC薄膜在濺射制備時要有H+。所以當在制備非氫DLC薄膜時,充入的氣體只是氬氣,但是在制備含氫DLC薄膜時,我們還要充入碳氫化合物氣體,我們一般充入CH4或C2H2,這使得制備出來的兩種DLC薄膜的結構和性能有很大差異。非氫DLC薄膜的硬度要比含氫DLC薄膜的大,同時,由于含氫DLC薄膜含有H+,所以含氫DLC薄膜表面一般比非氫DLC薄膜要致密光滑。同時,含氫DLC薄膜在制備時一般它的沉積速率比非氫DLC薄膜要明顯快些。
近年來, DLC膜的制備工藝發(fā)展迅速,已經開發(fā)出多種制備方法,同時
DLC薄膜真空鍍膜設備市場需求也增大。這些方法大體分為兩大類:物理氣相沉積法( physical vapor deposition簡稱PVD)、化學氣相沉積法( chemical vapor deposition簡稱CVD)及等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)。另外有機溶劑電解和聚合物熱解是近年來出現(xiàn)的新方法