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CH4或CH4+Ar介质阻挡放电中的离子能量和类金刚石膜制备

王卫国 刘艳红 张家良 李 建 刘东平 马腾才

CH4或CH4+Ar介质阻挡放电中的离子能量和类金刚石膜制备

王卫国, 刘艳红, 张家良, 李 建, 刘东平, 马腾才
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出版历程
  • 收稿日期:  2005-06-02
  • 修回日期:  2005-08-05
  • 刊出日期:  2006-03-20

CH4或CH4+Ar介质阻挡放电中的离子能量和类金刚石膜制备

  • 1. (1)大连理工大学等离子体物理化学研究室,大连 116024; (2)大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连 116024
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:50002002)资助的课题.

摘要: 实验上,利用纯CH4及CH4+Ar在几百帕量级气压下的介质阻挡放电 制备类金刚石膜,研究了气压p与放电间隙d乘积(pd值)以及Ar的体积百分比RAr 对膜硬度的影响.理论上,从离子与气体分子的双体碰撞出发,利用较高折合电场强度E/n( 电场强度与粒子数密度之比)下离子及中性粒子速度分布的双温模型、离子在其他气体中运 动时遵守的朗之万方程及离子在混合气体中运动时遵守的布兰克法则,对CH+4和Ar+离子能量进行了分析.结果表明:1)CH4介质阻挡 放电中,pd值由1.862×103Pa mm降低至2.66×102Pa mm时,CH+4能量由5.4eV增加到163eV,类金刚石膜硬度由2.1GPa提高到17.6GPa ; 2) 保持总气压p=100Pa,放电间距d=5mm不变,在CH4中加入Ar气,当RAr 由20%增加至83%时,CH+4的能量由69eV增加到92eV,而Ar+能量由93eV降低至72eV.虽然CH+4能量增加有助于提高 沉积膜硬度,但当RAr大于67%,高强度Ar+轰击会导致膜表面石墨 化,膜硬度降低.为了验证离子能量理论模型的正确性,实验测量了H2介质阻挡 放电中离子能量,测量结果与理论计算之间最大相对误差为16%.

English Abstract

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