实验二钢的淬火回火工艺及组织与性能

实验二等离子体增强化学气相沉积方法制备类金刚石薄膜实验

一、实验目的二、实验内容三、实验仪器设备和材料四、实验原理五、实验方法和步骤六、实验报告要求七、实验注意事项八、思考题提纲：一、实验目的（1）通本实验使学生了解气体辉光放电的原理和 过程。（2）使学生了解并熟悉直流辉光放电等离子体化 学气相沉积系统的结构和使用方法。（3）掌握等离子体化学气相沉积薄膜的工艺原理 及在基片上沉积类金刚石薄膜的工艺过程。二、实验内容（1）高真空的获得与测量。（2）等离子体的产生。（3）设定实验工艺参数、利用直流辉光放电等离子体增 强化学气相沉积类金刚石薄膜。三、实验仪器设备和材料（１）试样：

玻璃基片、硅基片、氩气、甲烷、乙炔、氮气、丙酮、酒精。（２）实验设备：

超声清洗器； 直流辉光放电等离子体增强化学气相沉积系统。直流辉光放电PECVD沉积系统示意图

直流辉光放电等离子体化学气相沉积类金刚石薄膜是利用高压直流负偏压（-1~-5kV），使低压碳氢气体发生辉光放电从而产生等离子体，等离子体在电场作用下沉积到基片上并形成类金刚石薄膜。主要组件：真空室组件、直流电源、基片水冷加热台、窗口及法兰接口部件、工作气路、抽气机组（机械泵和分子泵）、阀门及管道、真空测量及电控系统。四、实验原理（１）化学气相沉积制备薄膜介绍（２）直流辉光放电等离子体化学气相沉积（３）类金刚石薄膜简介４.1化学气相沉积制备薄膜介绍：化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition,CVD）：利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。气体输入强制对流自然对流气相扩散表面吸附表面反应表面脱附薄膜形成气体传输与气相反应气相沉积化学气相沉积过程中的各个动力学环节:（１）气体放电：４.２直流辉光放电等离子体化学气相沉积：直流气体放电体系模型

（２）气体体放电的伏伏安特性曲曲线：阴阳极之间的电位降主要发生在负辉光区之前，维持辉光放电所必须的电离大部分发生在阴极暗区，这也是薄膜沉积过程中最感兴趣的两个区域。

（３）等离离子体增强强化学气相相沉积（PECVD）：在低压化学学气相沉积积过程的同同时，利用用气体放电电产生等离离子体并并对沉积过过程施加影影响的薄膜膜制备技术术。（４）等离离子体产生生方法：微波辅助PECVD、射频辉光放放电PECVD、直流辉光放放电PECVD（５）直流流辉光放电电PECVD沉积原理：：直流电源气体石英玻璃活性基团衬底抽气直流电源４.３类金刚石石薄膜介绍绍：（１）碳原原子杂化方方式：金刚石结构石墨结构碳原子有sp3、sp2、sp1三种键合方方式。sp3态：金刚石石结构。sp2态：石墨结结构。（2）类金刚石石薄膜结构构：类金刚石薄薄膜中同时时含有sp3、sp2和sp1杂化碳。其其中sp2杂化碳和sp3杂化碳含量量较多，sp1杂化碳含量量非常少，，可忽略。。t-aCsp2Hsp3a-C:HNofilmdiamondgraphitePolymer-likeGraphitict-aC:Hsp3、sp2和H成分组成的三元相图性能金刚石类金刚石石墨Density(g/cm3)3.511.8–3.62.26AtomicNumberDensity(Mole/cm3)0.30.2–0.30.2Hardness(Kgf/mm2)100002000-8000500FrictionCoeff.0.050.03–0.20.1RefractiveIndex2.421.8–2.62.15–1.8TransparencyUV-VIS-IRVIS-IROpaqueResistivity(Wcm)>10161010-10130.2–0.4类金刚石薄薄膜具有高高硬度、低低摩擦系数数、高电绝绝缘性能、、高耐磨耐耐蚀性、高高热导率、、在可见到到紫外光范范围内透明明、良好的的绝缘性和和化学稳定定性、优异异的生物兼兼容性等，，受到越来来越多人的的关注。（３）类金金刚石薄膜膜的性能与与应用：性能：VCRHeadDrumWristPinHardDisk&SliderCD/DVDMoldSpacerToolFormDieDigitalVCRTapeRazorBlade应用：五、实验方方法和步骤骤（1）根据实验验目的，设设定工艺参参数。（2）用超声波波清洗器清清洗玻璃基基片和单晶晶硅基片15分钟，清洗洗时加入丙丙酮 或酒酒精，清洗洗后用氮气气吹干。（3）将清洗好好的基片放放入沉积室室里面的样样品台上，，然后关好好真空室门门。（4）仔细检查查水源、气气源和电源源正常后，，打开冷却却循环水。。（5）抽真空。首先用机机械泵抽真真空，开启启真空泵，，打开机械械泵的真空空阀门，一一段时间后后（约10分钟）打开开热偶真空空计测量真真空度，待待真空室内内气压达到到1Pa左右，然后后开启分子子泵及分子子泵的阀门门，用分子子泵与机械械泵一起抽抽真空，一一段时间后后（约30分钟）打开开电离真空空计测量真真 空度，，待室内气气压达到需需要的本底底真空度（（约1×10-3Pa），然后关关闭电离真真空计。（6）真空度达达到所需要要的本底真真空度后，，关闭分子子泵，机械械泵仍然工工作。打开开气瓶，开开始通入Ar和CH4或C2H2气体，通过过质量流量量控制器控控制Ar/CH4或Ar/C2H2的比例。（7）根据实验验条件设定定工作气压压，打开直直流电源，，施加预设设的功率，，产生等离离子体，观观察等离子子 体产生生的过程及及颜色等。。（8）设定基片片温度，打打开偏压电电源并在基基片上施加加预设的负负偏压。（9）根据工艺艺参数沉积积类金刚石石薄膜20分钟，然后后结束镀膜膜，之后关关闭电源和和气体。（10）薄膜在真真空状态下下搁置一段段时间。待待冷却后，，关机械泵泵。打开充充气阀对真真空室充气气后，打开开真空室门门，取出薄薄膜进行观观察。（11）合上真空空室门，将将真空室内内抽到一定定真空后，，然后关掉掉机械泵，，关掉总电电源，切断断冷却水。。六、实验报报告要求（1）描述实验验过程中观观察到的各各种现象，，并给出合合理的解释释。（2）实验装置置中各主要要部分的用用途。（3）阐述等离离子体的产产生原理。。（4）详细记录录实验过程程、工艺参参数及实验验步骤，写写出类金刚刚石薄膜制制备实验报报告。七、实验注注意事项（1）实验之前前须认真阅阅读有关仪仪器的使用用说明，理理解仪器操操作规程及及其先后操操作步骤的的关系；（2）在开启直流流辉光放电电等离子体体增强化学学气相沉积积系统之前前，需要确确保冷却水水已经打开开；（3）实验结束束后关闭水水、电和气气体。八、思考题题（1）注意分子子泵的开启启时机，为为什么刚开开始抽真空空不能直接接开动分子子泵？在对对真空室进进行通气时时为何要关关闭分子泵泵？（2）热偶规管管和电离规规管的工作作原理是什什么？它们们的量程范范围是多少少？（3）等离子体体是如何产产生的？等等离子与薄薄膜制备的的关系？（4）薄膜制备备之前，为为什么要对对基片进行行清洗？清清洗主要有有哪些方法法？相关资源链链接：9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。20:57:4620:57:4620:5712/28/20228:57:46PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2220:57:4620:57Dec-2228-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。20:57:4620:57:4620:57Wednesday,December28,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2220:57:4620:57:46December28,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。28十二二月20228:57:46下下午20:57:4612月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月228:57下下午12月-2220:57December28,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2820:57:4620:57:4628December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。8:57:46下下午8:57下下午午20:57:4612月月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。20:57:4620:57:4620:5712/28/20228:57:46PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2220:57:4620:57Dec-2228-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。20:57:4620:57:4620:57Wednesday,December28,202213、不知香积寺寺，数里入云云峰。。12月-2212月-2220:57:4620:57:46December28,202214、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥块块一一样样任任意意揉揉捏捏。。28十十二二月月20228:57:46下下午午20:57:4612月月-2215、楚塞三湘接接，荆门九派派通。。。十二月228:57下下午12月-2220:57December28,202216、少年十五二二十时，步行行夺得胡马骑骑。。2022/12/2820:57:4620:57:4628December202217、空山新雨雨后，天气气晚来秋。。。8:57:46下下午8:57下下午20:57:4612月-229、杨杨柳柳散散和和风风，，青青山山澹澹吾吾虑虑。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、阅阅读读一一切切好好书书如如同同和和过过去去最最杰杰出出的的人人谈谈话话。。20:57:4620:57:4620:5712/28/20228:57:46PM11、越是是没有有本领领的就就越加加自命命不凡凡。12月月-2220:57:4620:57Dec-2228-Dec-2212、越是是无能能的人人，越越喜欢欢挑剔剔别人人的错错儿。。20:57:4620:57:4620:57Wednesday,December28,202213、知人者者智，自自知者明明。胜人人者有力力，自胜胜者强。。1