專利名稱：一種在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，屬于涂層技術(shù)領(lǐng)域， 適用于在硅、鍺半導(dǎo)體材料以及鋼、鋁及合金金屬材料制成的物件基底表面上以化學(xué)氣相法鍍制類金剛石薄膜，所得到的具有抗腐蝕類金剛石薄膜的物件特別適合在鹽霧、海水、 酸、堿、鹽等腐蝕環(huán)境下使用。
背景技術(shù)：
類金剛石薄膜是一種亞穩(wěn)態(tài)材料，在薄膜中存在SP3和SP2兩種價(jià)鍵形式，介于金剛石相和石墨相之間，類金剛石在很多方面具備與金剛石類似的性能，因而，類金剛石薄膜從 1978年被發(fā)現(xiàn)以來，在光學(xué)、機(jī)械、醫(yī)學(xué)、電子、電力等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?；瘜W(xué)氣相法以其設(shè)備成本低、工藝易控制而成為鍍制類金剛石薄膜的主要方法之一。在紅外光學(xué)方面，類金剛石膜被用作硅、鍺等光學(xué)窗口的保護(hù)膜，以抵御惡劣環(huán)境如風(fēng)砂、鹽霧、海水等的侵蝕，然而，現(xiàn)有技術(shù)提供的類金剛石薄膜在鹽霧、海水、酸、堿、鹽腐蝕介質(zhì)環(huán)境下使用時(shí)的保護(hù)效果欠佳。實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，鍍類金剛石膜的鍺窗口在海洋環(huán)境下使用一段時(shí)間后，膜層表面出現(xiàn)很多“針孔”狀腐蝕點(diǎn)，這種“針孔”狀腐蝕點(diǎn)的面積及數(shù)量隨著使用時(shí)間的增加而不斷增多，從而大大影響窗口的使用壽命。在金屬件保護(hù)方面， Stiff Α.等人研究也表明，在鋼表面鍍制類金剛薄膜后，在鹽水中浸泡后，樣品表面出現(xiàn) “針孔”狀腐蝕點(diǎn)的深度達(dá)到了數(shù)微米(R. P.O. S Nery, R. S. Bonelli & S. S. Camargo Tr. Evaluation of Corrosion Resistance of Diamond-like Carbon Films Depostited on AISI4340 Steel. 11th International Conference on Advanced Materials. 2009.)?！搬樋住睜罡g點(diǎn)的存在，是導(dǎo)致在鹽霧、海水、酸、堿、鹽腐蝕介質(zhì)環(huán)境下使用的表面鍍制類金剛石薄膜制品失效最主要原因。如何減少“針孔”狀腐蝕點(diǎn)數(shù)量和面積是提升類金剛石薄膜保護(hù)效果的一個(gè)重要研究課題。David Haddow等人采用在類金剛石膜與基底之間增加磷化硼薄膜的方式來增強(qiáng)保護(hù)效果，但實(shí)際使用效果證明這種增加了磷化硼的保護(hù)膜在海洋環(huán)境下使用4個(gè)月后，“針孔”狀腐蝕點(diǎn)依然存在(David Haddow, A. A. Ogwu, F.Placido. Corrosion resistance potential of boron phosphide films in a naval environment. SPIE Vol. 5078 (2003) )0而且磷化硼這種薄膜在工藝制備上需要使用劇毒的磷烷和硼烷兩種氣體，設(shè)備昂貴，不利于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，所述的方法鍍制的類金剛石薄膜在鹽霧、海水、酸、堿、鹽腐蝕介質(zhì)下的使用壽命較現(xiàn)有技術(shù)鍍制的類金剛石薄膜提高3倍以上。所述的制造方法其工藝方法簡單，易于操作和實(shí)現(xiàn)，類金剛石薄膜具備優(yōu)異的抗鹽霧、海水、酸、堿、鹽等介質(zhì)腐蝕能力，且無需使用劇毒氣體或原料，因此，安全環(huán)保。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，薄膜由A型和B型至少兩層類金剛石薄膜交替沉積組成；所述交替沉積是第一層在基底上沉積A型薄膜，第二層為在A型薄膜上沉積的B型薄膜，此后依次按A型薄膜沉積在B型薄膜上，B型薄膜沉積在A型薄膜上；所述A型薄膜，在沉積時(shí)氣源為碳?xì)錃怏w；所述B型薄膜，在沉積時(shí)氣源為碳?xì)錃怏w和氧氣；方法步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留污染物；
(2)惰性氣體離子轟擊將清洗后的物件置于抽真空的設(shè)備中，然后通入惰性氣體，加激勵(lì)電源使惰性氣體形成等離子體，等離子體對基底進(jìn)行離子轟擊；
(3)沉積第一層A型類金剛石薄膜在惰性氣體離子轟擊后，再抽真空，然后通入碳?xì)錃怏w，加激勵(lì)電源使碳?xì)錃怏w形成碳?xì)涞入x子體，碳?xì)涞入x子體在基底上沉積生長成A型類金剛石薄膜；
(4)沉積B型類金剛石薄膜在上述第一層A型類金剛石薄膜沉積完成后，然后在第 (3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加一定量的氧氣，加激勵(lì)電源使碳?xì)錃怏w和氧氣混合氣體形成碳?xì)溲醯入x子體，碳?xì)溲醯入x子體在基底上沉積生長成B型類金剛石薄膜；
(5)沉積第二層之后的A型類金剛石薄膜在上述第二層B型類金剛石薄膜沉積完成后，然后直接關(guān)閉第(4)步驟氣源中的氧氣，再采用一定能量的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積；
(6)按第(4)步和第(5)步交替沉積A型和B型類金剛石薄膜，直至結(jié)束。在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上進(jìn)一步的技術(shù)方案是
所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石是由化學(xué)氣相法工藝沉積的類金剛石，是由碳?xì)涞入x子體生長而成。所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，所述惰性氣體選自氬、氦、 氖、氪、氙、氡；碳?xì)錃怏w選自丁烷氣體、丙烷氣體、甲烷氣體、乙炔氣體。所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，所述惰性氣體為氬氣。所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，所述步驟中
步驟(2)中所述惰性氣體離子轟擊是將清洗后的物件放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，加激勵(lì)電源，采用能量為50 250eV的惰性氣體離子轟擊基底3 60min ；
步驟(4)中所述在第(3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 碳?xì)錃怏w=0. 5% 5% ；
步驟(3)、(5)中所述采用一定能量碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，均是采用能量為500 IOOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行A型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均為3 30min ；步驟(4)中所述采用一定能量碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，是采用能量為500 IOOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行B型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均3 30min。所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，所述A型和B型類金剛石薄膜各小于等于50層，共小于等于100層。以下是幾種不同的物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法
一種在硅基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石薄膜為2層，結(jié)構(gòu)為 Si IAB I Air，沉積步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；
(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為150eV的氬離子轟擊基底20min ；(3 )第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入丁烷氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為950eV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為30min ；
(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=0. 5%，加激勵(lì)電源，采用能量為 950eV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為12min。一種在鍺基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石薄膜為8層，結(jié)構(gòu)為Ge IABABABAB | Air,沉積步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；
(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為IOOeV的氬離子轟擊基底15min ；
(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬子轟擊后，抽真空，通入丁烷氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為500eV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為12min ；
(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=4. 2%，加激勵(lì)電源，采用能量為 500eV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為6min ；
(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3 )步相同，沉積時(shí)間為12min ；
(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、第8層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4) 步，第5、第7層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(5)步。一種在lCrl3鋼基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石薄膜為M 層，結(jié)構(gòu)為lCrl3 (AB) ~121 Air，沉積步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；
(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為250eV的氬離子轟擊基底60min ；
(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入乙炔氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為IOOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為Smin ；
(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=4. 9%，加激勵(lì)電源，采用能量為 IOOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為5min ；
(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3)步相同，沉積時(shí)間為Smin ；
(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、……、第22、第M偶數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4)步，第5、第7、……、第21、第23奇數(shù)層層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第 (5)步。一種在2AL2T4鋁合金基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石薄膜為100層，結(jié)構(gòu)為Al (AB) ~5°|Air，沉積步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；
(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為250eV的氬離子轟擊基底60min ；(3 )第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入乙炔氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為SOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為:3min ；
(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=2. 2%，加激勵(lì)電源，采用能量為 SOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為:3min ；
(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3)步相同，沉積時(shí)間為;3min ；
(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、……、第98、第100偶數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4)步，第5、第7、……、第97、第99奇數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第 (5)步。對本發(fā)明一種在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法技術(shù)原理和效果說明如下
我們的研究表明，化學(xué)氣相法沉積的類金剛石薄膜本身具備極強(qiáng)的抗鹽霧、海水、酸、 堿、鹽腐蝕能力，在上述介質(zhì)環(huán)境下出現(xiàn)的“針孔”狀腐蝕點(diǎn)產(chǎn)生的主要原因是類金剛石薄膜生長過程中存在“微孔”和“石墨相”缺陷?！拔⒖住钡拇嬖谥苯邮垢g因子滲透至基底表面并腐蝕基底，使表面的類金剛石薄膜失去支撐而脫落?！邦愂唷钡拇嬖谑诡惤饎偸∧づc半導(dǎo)體或金屬基底之間形成了原電池，電化學(xué)腐蝕效應(yīng)的存在加快了腐蝕速度。A型類金剛石薄膜與現(xiàn)有化學(xué)氣相沉積法鍍制的類金剛石膜方法一致，薄膜中含有較多的SP2鍵，膜層的基底適應(yīng)性好、應(yīng)力水平低。B型類金剛石膜沉積過程中，在氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/氣源氣體=0. 5% 5%，利用“石墨相”在氧等離子體環(huán)境下刻蝕速率較“金剛石相”快的原理，將膜層中的“石墨相”降至最低，從而使B型中的SP2鍵組分降低，SP3鍵組分增加，提高膜層的抗腐蝕能力。A型和B型類金剛石膜層交替沉積，人為改變類金剛石膜沉積生長時(shí)特性，從而減少整個(gè)類金剛石薄膜中形成連通“微孔”的機(jī)率，因而沉積的層數(shù)越多，多層類金剛石薄膜的抗鹽霧、海水、酸、堿、鹽腐蝕介質(zhì)的能力越強(qiáng)。本發(fā)明方法抗鹽霧、海水、酸、堿、鹽介質(zhì)腐蝕效果顯著所述的抗腐蝕類金剛石薄膜含有與常規(guī)氣相沉積技術(shù)類似的A型類金剛石膜層和富含SP3鍵的B型類金剛石膜層， A型與B型類金剛石膜在同一設(shè)備上鍍制完成，鍍制過程中只需按程序改變氣源組成即可， 質(zhì)量易于保證。所述的類金剛石薄膜對硅、鍺、鋼及其合金、鋁及其合金等材料在鹽霧、海水、酸、堿、鹽腐蝕介質(zhì)下保護(hù)效果極佳。所述方法適應(yīng)強(qiáng)，可在硅、鍺、鋼及其合金、鋁及其合金等基底上制造出抗腐蝕類金剛石薄膜。所述的抗腐蝕類金剛石薄膜制造方法，工藝原料未使用劇毒氣體，安全環(huán)保。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
本實(shí)施例公開的是一個(gè)基本實(shí)施例。一種在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其薄膜由A型和B型至少兩層類金剛石薄膜交替沉積組成；所述交替沉積是第一層在基底上沉積A型薄膜，第二層為在A型薄膜上沉積的B型薄膜，此后依次按A型薄膜沉積在B 型薄膜上，B型薄膜沉積在A型薄膜上；所述A型薄膜，在沉積時(shí)氣源為碳?xì)錃怏w；所述B型薄膜，在沉積時(shí)氣源為碳?xì)錃怏w和氧氣；方法步驟如下(1)基底清洗去除基底表面殘留污染物；
(2)惰性氣體離子轟擊將清洗后的物件置于抽真空的設(shè)備中，然后通入惰性氣體，加激勵(lì)電源使惰性氣體形成等離子體，等離子體對基底進(jìn)行離子轟擊；
(3)沉積第一層A型類金剛石薄膜在惰性氣體離子轟擊后，再抽真空，然后通入碳?xì)錃怏w，加激勵(lì)電源使碳?xì)錃怏w形成碳?xì)涞入x子體，碳?xì)涞入x子體在基底上沉積生長成A型類金剛石薄膜；
(4)沉積B型類金剛石薄膜在上述第一層A型類金剛石薄膜沉積完成后，然后在第 (3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加一定量的氧氣，加激勵(lì)電源使碳?xì)錃怏w和氧氣混合氣體形成碳?xì)溲醯入x子體，碳?xì)溲醯入x子體在基底上沉積生長成B型類金剛石薄膜；
(5)沉積第二層之后的A型類金剛石薄膜在上述第二層B型類金剛石薄膜沉積完成后，然后直接關(guān)閉第(4)步驟氣源中的氧氣，再采用一定能量的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積；
(6)按第(4)步和第(5)步交替沉積A型和B型類金剛石薄膜，直至結(jié)束；
所述類金剛石是由化學(xué)氣相法工藝沉積的類金剛石，是由碳?xì)涞入x子體生長而成；化學(xué)氣相法工藝包括射頻化學(xué)氣相沉積法，或微波化學(xué)氣相法，或熱絲化學(xué)氣相法。所述惰性氣體選自氬、氦、氖、氪、氙、氡；碳?xì)錃怏w選自丁烷氣體、丙烷氣體、甲烷氣體、乙炔氣體。較優(yōu)實(shí)施例所述A型類金剛石由丁烷分解產(chǎn)生的等離子體沉積生長而成；所述B型類金剛石由丁烷和氧氣分解產(chǎn)生的等離子體沉積生長而成；所述惰性氣體為氬氣； 上述步驟中
步驟(2)中所述惰性氣體離子轟擊是將清洗后的物件放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，加激勵(lì)電源，采用能量為50 250eV的惰性氣體離子轟擊基底3 60min ；
步驟(4)中所述在第(3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 碳?xì)錃怏w=0. 5% 5% ；
步驟(3)、(5)中所述采用一定能量碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，均是采用能量為500 IOOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行A型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均為3 30min ；步驟(4)中所述采用一定能量碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，是采用能量為500 IOOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行B型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均3 30min。所述A型和B型類金剛石薄膜各小于等于50層，共小于等于100層。實(shí)施例2:
與實(shí)施例1不同的是惰性氣體選自氦；碳?xì)錃怏w選自甲烷氣體；步驟(2)中采用能量為50eV的惰性氣體離子轟擊基底:3min ；步驟(4)中所述在第(3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/碳?xì)錃怏w=0. 5% ；步驟(3)、(5)中所述采用一定能量碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，均是采用能量為500eV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行A型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均為:3min ；步驟(4)中所述采用一定能量碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，是采用能量為500eV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行B型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均3min。所述A型和B型類金剛石薄膜各為6層，共12層。實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同的是惰性氣體選自氡；碳?xì)錃怏w選自丙烷氣體；步驟(2)中采用能量為120eV的惰性氣體離子轟擊基底40min ；步驟(4)中所述在第(3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/碳?xì)錃怏w=2% ；步驟(3)、(5)中所述采用一定能量碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，均是采用能量為SOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行A型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均為15min ；步驟(4)中所述采用一定能量碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，是采用能量為SOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行B型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均15min。所述A型和B型類金剛石薄膜各為于20層，共40層。實(shí)施例4
與實(shí)施例1不同的是惰性氣體選自氖；碳?xì)錃怏w選自乙炔氣體；步驟(2)中采用能量為250eV的惰性氣體離子轟擊基底60min ；步驟(4)中所述在第(3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/碳?xì)錃怏w=5% ；步驟(3)、(5)中所述采用一定能量碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，均是采用能量為IOOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行A型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均為30min ；步驟(4)中所述采用一定能量碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，是采用能量為IOOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行B型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均3 30min。所述A型和B型類金剛石薄膜為50層，共100層。實(shí)施例5
一種在硅基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石薄膜為2層，結(jié)構(gòu)為 Si IAB I Air，沉積步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；
(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為150eV的氬離子轟擊基底20min ；
(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入丁烷氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為950eV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為30min ；
(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=0. 5%，加激勵(lì)電源，采用能量為 950eV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為12min。實(shí)施例6
一種在鍺基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石薄膜為8層，結(jié)構(gòu)為 Ge IABABABAB | Air,沉積步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；
(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為IOOeV的氬離子轟擊基底15min ；
(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬子轟擊后，抽真空，通入丁烷氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為500eV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為12min ；
(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=4. 2%，加激勵(lì)電源，采用能量為 500eV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為6min ；
(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3 )步相同，沉積時(shí)間為12min ；
(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、第8層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4) 步，第5、第7層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(5)步。實(shí)施例7
一種在lCrl3鋼基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石薄膜為M層，結(jié)構(gòu)為lCrl3 (AB) ~121 Air，沉積步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；
(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為250eV的氬離子轟擊基底60min ；
(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入乙炔氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為IOOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為Smin ；
(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=4. 9%，加激勵(lì)電源，采用能量為 IOOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為5min ；
(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3)步相同，沉積時(shí)間為Smin ；
(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、……、第22、第M偶數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4)步，第5、第7、……、第21、第23奇數(shù)層層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第 (5)步。實(shí)施例8
一種在2AL2T4鋁合金基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其類金剛石薄膜為100 層，結(jié)構(gòu)為Al (AB) ~5°|Air，沉積步驟如下
(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；
(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為250eV的氬離子轟擊基底60min ；
(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入乙炔氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為SOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為:3min ；
(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=2. 2%，加激勵(lì)電源，采用能量為 SOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為:3min ；
(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3 )步相同，沉積時(shí)間為:3min ；
(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、……、第98、第100偶數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4)步，第5、第7、……、第97、第99奇數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第 (5)步。本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，薄膜由A型和B型至少兩層類金剛石薄膜交替沉積組成；所述交替沉積是第一層在基底上沉積A型薄膜，第二層為在A型薄膜上沉積的B型薄膜，此后依次按A型薄膜沉積在B型薄膜上，B型薄膜沉積在A型薄膜上；所述A型薄膜，在沉積時(shí)氣源為碳?xì)錃怏w；所述B型薄膜，在沉積時(shí)氣源為碳?xì)錃怏w和氧氣；方法步驟如下(1)基底清洗去除基底表面殘留污染物；(2)惰性氣體離子轟擊將清洗后的物件置于抽真空的設(shè)備中，然后通入惰性氣體，加激勵(lì)電源使惰性氣體形成等離子體，等離子體對基底進(jìn)行離子轟擊；(3)沉積第一層A型類金剛石薄膜在惰性氣體離子轟擊后，再抽真空，然后通入碳?xì)錃怏w，加激勵(lì)電源使碳?xì)錃怏w形成碳?xì)涞入x子體，碳?xì)涞入x子體在基底上沉積生長成A型類金剛石薄膜；(4)沉積B型類金剛石薄膜在上述第一層A型類金剛石薄膜沉積完成后，然后在第 (3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加一定量的氧氣，加激勵(lì)電源使碳?xì)錃怏w和氧氣混合氣體形成碳?xì)溲醯入x子體，碳?xì)溲醯入x子體在基底上沉積生長成B型類金剛石薄膜；(5)沉積第二層之后的A型類金剛石薄膜在上述第二層B型類金剛石薄膜沉積完成后，然后直接關(guān)閉第(4)步驟氣源中的氧氣，再采用一定能量的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積；(6)按第(4)步和第(5)步交替沉積A型和B型類金剛石薄膜，直至結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，類金剛石是由化學(xué)氣相法工藝沉積的類金剛石，是由碳?xì)涞入x子體生長而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，所述惰性氣體選自氬、氦、氖、氪、氙、氡；碳?xì)錃怏w選自丁烷氣體、丙烷氣體、甲烷氣體、 乙炔氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，所述惰性氣體為氬氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，所述步驟中步驟(2)中所述惰性氣體離子轟擊是將清洗后的物件放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，加激勵(lì)電源，采用能量為50 250eV的惰性氣體離子轟擊基底3 60min ；步驟(4)中所述在第(3)步驟碳?xì)錃怏w氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì) 氧氣/碳?xì)錃怏w=0. 5% 5% ；步驟(3)、(5)中所述采用一定能量碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，均是采用能量為500 IOOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行A型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均為3 30min ；步驟(4)中所述采用一定能量碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，是采用能量為500 IOOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行B型類金剛石薄膜的沉積，沉積時(shí)間均3 30min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，所述A型和B型類金剛石薄膜各小于等于50層，共小于等于100層。
7.—種在硅基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，類金剛石薄膜為2 層，結(jié)構(gòu)為Si IAB I Air，沉積步驟如下(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為150eV的氬離子轟擊基底20min ；(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入丁烷氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為950eV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為30min ；(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=0. 5%，加激勵(lì)電源，采用能量為 950eV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為12min。
8.—種在鍺基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，類金剛石薄膜為8 層，結(jié)構(gòu)為Ge IABABABAB | Air,沉積步驟如下(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為IOOeV的氬離子轟擊基底15min ；(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬子轟擊后，抽真空，通入丁烷氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為500eV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為12min ；(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=4. 2%，加激勵(lì)電源，采用能量為 500eV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為6min ；(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3 )步相同，沉積時(shí)間為12min ；(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、第8層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4) 步，第5、第7層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(5)步。
9.一種在lCrl3鋼基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，類金剛石薄膜為24層，結(jié)構(gòu)為lCrl3 (AB) ~121 Air，沉積步驟如下(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為250eV的氬離子轟擊基底60min ；(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入乙炔氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為IOOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為Smin ；(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=4. 9%，加激勵(lì)電源，采用能量為 IOOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為5min ；(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3)步相同，沉積時(shí)間為Smin ；(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、……、第22、第M偶數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4)步，第5、第7、……、第21、第23奇數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第 (5)步。
10.一種在2AL2T4鋁合金基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，其特征在于，類金剛石薄膜為100層，結(jié)構(gòu)為All (AB) ~5°|Air，沉積步驟如下(1)基底清洗去除基底表面殘留的油污、灰塵等污染物，使基底潔凈；(2)氬離子轟擊將清洗后的基底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備基片架上，抽真空后，通入氬氣，加激勵(lì)電源，采用能量為250eV的氬離子轟擊基底60min ；(3)第1層A型類金剛石膜層沉積在氬離子轟擊后，抽真空，通入乙炔氣體，加激勵(lì)電源，采用能量為SOOeV的碳?xì)涞入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為:3min ；(4)第2層B型類金剛石膜層沉積在完成第1層A型類金剛石膜層沉積后，在丁烷氣體氣源中直接增加氧氣，按氣體體積計(jì)氧氣/ 丁烷氣體=2. 2%，加激勵(lì)電源，采用能量為 SOOeV的碳?xì)溲醯入x子體進(jìn)行類金剛石膜的沉積，沉積時(shí)間為:3min ；(5)第3層A型類金剛石膜層沉積在完成B型類金剛石膜層沉積后，直接關(guān)閉氣源中的氧氣，其余工藝參數(shù)與第(3)步相同，沉積時(shí)間為:3min ；(6)其它層數(shù)類金剛石膜層沉積第4、第6、……、第98、第100偶數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第(4)步，第5、第7、……、第97、第99奇數(shù)層類金剛石膜層沉積分別重復(fù)第 (5)步。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在物件基底上沉積抗腐蝕類金剛石薄膜的方法，屬于涂層技術(shù)領(lǐng)域，適用于硅、鍺半導(dǎo)體材料以及鋼及其合金、鋁及其合金金屬材料表面類金剛石膜的化學(xué)氣相法鍍制，產(chǎn)品特別適合在鹽霧、海水、酸、堿、鹽等腐蝕環(huán)境下使用。本發(fā)明方法包括下述步驟(1)基底清洗；(2)惰性氣體離子轟擊；(3)類金剛石薄膜沉積；類金剛石薄膜沉積分為A型類金剛石膜層沉積和B型類金剛石膜沉積；在沉積過程中A型類金剛石膜和B型類金剛石膜交替沉積生長。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是方法簡單，易于操作和實(shí)現(xiàn)，類金剛石薄膜具備優(yōu)異的抗鹽霧、海水、酸、堿、鹽等介質(zhì)腐蝕能力，且無需使用劇毒氣體或原料，因此，安全環(huán)保。
文檔編號(hào)C23C16/455GK102358940SQ20111030821
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者張煒, 李季, 李錢陶, 楊長城, 熊長新 申請人:湖北久之洋紅外系統(tǒng)有限公司