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基底表面纳米织构对非晶四面体碳膜结构和摩擦特性的影响研究

安书董 王晓燕 陈仙 王炎武 王晓波 赵玉清

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基底表面纳米织构对非晶四面体碳膜结构和摩擦特性的影响研究

安书董, 王晓燕, 陈仙, 王炎武, 王晓波, 赵玉清

Effect of ion-beam surface modification technology on the variation of surface texture

An Shu-Dong, Wang Xiao-Yan, Chen Xian, Wang Yan-Wu, Wang Xiao-Bo, ZhaoYu-Qing
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  • 本文利用离子束表面改性技术对基底表面进行不同时间的轰击, 形成不同规则的纳米织构, 对不同织构的变化规律进行了研究, 同时, 利用磁过滤真空阴极电弧技术, 在具有不同纳米织构的各基底上沉积相同时间的四面体非晶碳薄膜. 采用原子力显微镜对各基底的织构进行形貌分析, 结果表明, 高能粒子束的轰击对基底表面形貌有较大的影响, 根据离子束轰击时间的不同, 可以在基底表面形成各种不同规则的纳米织构, 轰击15 min后发现基底表面形成点阵纳米织构, 之后随着时间的增加, 基本维持点阵结构. 通过X射线光电子能谱仪和摩擦磨损试验仪对沉积在具有不同织构的基底上的ta-C薄膜进行测试, 研究表明, 基底表面纳米织构的非晶层结构引起薄膜内部sp3键的含量降低, 释放了薄膜的内应力, 同时发现基底表面纳米织构将ta-C薄膜磨损时间从不足10 min提高到约70 min, 有效提高了薄膜的耐磨性.
    Ion-beam surface bombardment modification technology is successfully used to manufacture different kinds of nano-textures on the surface of silicon substrate. Relationship between the morphology and arrangement patterns of nano-textures and the bombarding parameters is studied. Results show that the ion-beam bombardment has a significant impact on surface morphology. Different kinds of textures on silicon substrate can be formed according to the variation of bombardment time. The nanodot array texture is observed on the surface of silicon substrate when the duration of argon ion-beam bombardment is 15 minutes. Simultaneously, the tetrahedral amorphous carbon film is deposited on the silicon substrates that have different kinds of nano-texture. The microstructure of ta-C film deposited on unprocessed and nano-textured silicon substrate is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. Results indicate that the content of sp3 bonds decreases with increasing bombardment time, and thereafter keeps a steady value. The ta-C films deposited on the nanodot-textured substrate shows the lowest sp3 fraction. It is also observed by friction and wear test that the wear time is enhanced from 10 to 70 min. The tribological properties is highly improved when the coating is deposited on the nano-textured substrate.
    • 基金项目: 陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项(批准号: 2009ZDKG-29)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Key Program of “13115”Science and Technology Originality Innovation Project of Shaanxi Province, China (Grant No. 2009ZDKG-29).
    [1]

    Lifshitz Y, Kasi S R, Rabalais J W 1989 Phys. Rev. Lett. 62 1290

    [2]

    Siegal M P, Tallant D R, Provencio P N, Overmyer D L, Simpson R L, Martinez-Miranda L J 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3052

    [3]

    Zhu J Q, Wang J H, Meng S H, Han J C, Zhang L S 2004 Acta Phys. Sin. 53 1150 (in Chinese) [朱嘉琦, 王景贺, 孟松鹤, 韩杰才, 张连升 2004 物理学报 53 1150]

    [4]

    McKenzie D R 1996 Rep. Prog. Phys. 59 1611

    [5]

    Han L, Yang L, Yang L M C, Wang Y W, Zhao Y Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 046802 (in Chinese) [韩亮, 杨立, 杨拉毛草, 王炎武, 赵玉清 2011 物理学报 60 046802]

    [6]

    Andersson J, Erck R A, Erdemir A 2003 Wear 254 1070

    [7]

    Sheeja D, Tay B K, Lau S P, Shi X 2001 Wear 249 433

    [8]

    Yin Y, McKenzie D R 1996 Thin Solid Films 280 95

    [9]

    Weissmantel S, Reisse G, Rost D 2004 Surf. Coat. Tech. 188 268

    [10]

    Han L, Chen X, Wang Y W, Wang X Y, Wang X Y, Zhao Y Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 066804 (in Chinese) [韩亮, 陈仙, 杨立, 王炎武, 王晓艳, 赵玉清 2011 物理学报 60 066804]

    [11]

    Jones M I, McColl I R, Grant D M, Parker K G, Parker T L 1999 Diamond Relat. Mater. 8 457

    [12]

    Tay B K, Shi X, Liu E J, Tan H S, Cheah L K 1999 Thin Solid Films. 346 15

    [13]

    Han L, Liu D L, Chen X, Yang L, Zhao Y Q 2012 Appl. Surf. Sci. 258 4794

    [14]

    Gago R, Vazquez L, Cuerno R, Varela M, Ballesteros C, Albella J M 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3316

    [15]

    Ziegler J F 1999 Appl. Phys. Lett. 85 1249

    [16]

    Robertson J 1993 Diamond. Relat. Mater. 2 984

    [17]

    Harris S J, Weiner A M, Meng W J 1997 Wear 211 208

    [18]

    Komvopoulos K 2003 J. Adhes. Sci. Technol. 17 477

    [19]

    Suh N P, Mosleh M, Howard P S 1994 Wear 175 151

    [20]

    Li H X, Ji L, Wu Y X, Zhou H D, Chen J M, Wang Y J, Liu X H 2012 Chin. Phys. B 21 016101

    [21]

    Lu X C, Luo J B, Zhang Z Y 2007 Chin. Phys. 16 3790

    [22]

    Zhang Z Y, Lu X C, Luo J B, Shao T M, Qing T, Zhang C H 2006 Chin. Phys. 15 2697

    [23]

    Mckenzie D R, Mullar D, Pailthorpe B. A 1991 Phys. Rev. Lett. 67 773

    [24]

    Forouhi A, Bloomer I 1986 Phys. Rev. B 34 7018

  • [1]

    Lifshitz Y, Kasi S R, Rabalais J W 1989 Phys. Rev. Lett. 62 1290

    [2]

    Siegal M P, Tallant D R, Provencio P N, Overmyer D L, Simpson R L, Martinez-Miranda L J 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3052

    [3]

    Zhu J Q, Wang J H, Meng S H, Han J C, Zhang L S 2004 Acta Phys. Sin. 53 1150 (in Chinese) [朱嘉琦, 王景贺, 孟松鹤, 韩杰才, 张连升 2004 物理学报 53 1150]

    [4]

    McKenzie D R 1996 Rep. Prog. Phys. 59 1611

    [5]

    Han L, Yang L, Yang L M C, Wang Y W, Zhao Y Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 046802 (in Chinese) [韩亮, 杨立, 杨拉毛草, 王炎武, 赵玉清 2011 物理学报 60 046802]

    [6]

    Andersson J, Erck R A, Erdemir A 2003 Wear 254 1070

    [7]

    Sheeja D, Tay B K, Lau S P, Shi X 2001 Wear 249 433

    [8]

    Yin Y, McKenzie D R 1996 Thin Solid Films 280 95

    [9]

    Weissmantel S, Reisse G, Rost D 2004 Surf. Coat. Tech. 188 268

    [10]

    Han L, Chen X, Wang Y W, Wang X Y, Wang X Y, Zhao Y Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 066804 (in Chinese) [韩亮, 陈仙, 杨立, 王炎武, 王晓艳, 赵玉清 2011 物理学报 60 066804]

    [11]

    Jones M I, McColl I R, Grant D M, Parker K G, Parker T L 1999 Diamond Relat. Mater. 8 457

    [12]

    Tay B K, Shi X, Liu E J, Tan H S, Cheah L K 1999 Thin Solid Films. 346 15

    [13]

    Han L, Liu D L, Chen X, Yang L, Zhao Y Q 2012 Appl. Surf. Sci. 258 4794

    [14]

    Gago R, Vazquez L, Cuerno R, Varela M, Ballesteros C, Albella J M 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3316

    [15]

    Ziegler J F 1999 Appl. Phys. Lett. 85 1249

    [16]

    Robertson J 1993 Diamond. Relat. Mater. 2 984

    [17]

    Harris S J, Weiner A M, Meng W J 1997 Wear 211 208

    [18]

    Komvopoulos K 2003 J. Adhes. Sci. Technol. 17 477

    [19]

    Suh N P, Mosleh M, Howard P S 1994 Wear 175 151

    [20]

    Li H X, Ji L, Wu Y X, Zhou H D, Chen J M, Wang Y J, Liu X H 2012 Chin. Phys. B 21 016101

    [21]

    Lu X C, Luo J B, Zhang Z Y 2007 Chin. Phys. 16 3790

    [22]

    Zhang Z Y, Lu X C, Luo J B, Shao T M, Qing T, Zhang C H 2006 Chin. Phys. 15 2697

    [23]

    Mckenzie D R, Mullar D, Pailthorpe B. A 1991 Phys. Rev. Lett. 67 773

    [24]

    Forouhi A, Bloomer I 1986 Phys. Rev. B 34 7018

  • [1] 许思维, 王训四, 沈祥. 结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射研究GexGa8S92–x玻璃结构. 物理学报, 2023, 72(1): 017101. doi: 10.7498/aps.72.20221653
    [2] 杨蒙生, 易泰民, 郑凤成, 唐永建, 张林, 杜凯, 李宁, 赵利平, 柯博, 邢丕峰. 沉积态铀薄膜表面氧化的X射线光电子能谱. 物理学报, 2018, 67(2): 027301. doi: 10.7498/aps.67.20172055
    [3] 许思维, 王丽, 沈祥. GexSb20Se80-x玻璃的拉曼光谱和X射线光电子能谱. 物理学报, 2015, 64(22): 223302. doi: 10.7498/aps.64.223302
    [4] 张锐, 张代贤, 张帆, 何振, 吴建军. 脉冲等离子体推力器羽流沉积薄膜的结构与光学性质研究. 物理学报, 2013, 62(2): 025207. doi: 10.7498/aps.62.025207
    [5] 赵鹤玲, 夏海平, 罗彩香, 徐军. 掺Bi离子锗铌酸盐红外发光玻璃的研究. 物理学报, 2012, 61(8): 086102. doi: 10.7498/aps.61.086102
    [6] 韩亮, 宁涛, 刘德连, 何亮. 氩离子轰击对四面体非晶碳膜内应力和摩擦系数影响的研究. 物理学报, 2012, 61(17): 176801. doi: 10.7498/aps.61.176801
    [7] 张旺, 徐法强, 王国栋, 张文华, 李宗木, 王立武, 陈铁锌. Fe/ZnO (0001)体系界面相互作用中薄膜厚度效应的光电子能谱研究. 物理学报, 2011, 60(1): 017104. doi: 10.7498/aps.60.017104
    [8] 韩亮, 杨立, 杨拉毛草, 王炎武, 赵玉清. 磁过滤器电流对非晶碳薄膜摩擦学特性影响的研究. 物理学报, 2011, 60(4): 046802. doi: 10.7498/aps.60.046802
    [9] 韩亮, 陈仙, 杨立, 王炎武, 王晓艳, 赵玉清. 高能氮离子轰击对四面体非晶碳膜的表面改性和摩擦系数影响的研究. 物理学报, 2011, 60(6): 066804. doi: 10.7498/aps.60.066804
    [10] 韩录会, 张崇宏, 张丽卿, 杨义涛, 宋银, 孙友梅. 低速高电荷态重离子辐照的GaN晶体表面X射线光电子能谱研究. 物理学报, 2010, 59(7): 4584-4590. doi: 10.7498/aps.59.4584
    [11] 李永华, 刘常升, 孟繁玲, 王煜明, 郑伟涛. NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析. 物理学报, 2009, 58(4): 2742-2745. doi: 10.7498/aps.58.2742
    [12] 檀满林, 朱嘉琦, 张化宇, 朱振业, 韩杰才. 硼掺杂对四面体非晶碳膜电导性能的影响. 物理学报, 2008, 57(10): 6551-6556. doi: 10.7498/aps.57.6551
    [13] 何丽静, 林晓娉, 王铁宝, 刘春阳. 单晶Si表面离子束溅射沉积Co纳米薄膜的研究. 物理学报, 2007, 56(12): 7158-7164. doi: 10.7498/aps.56.7158
    [14] 王晓雄, 李宏年. Sm富勒烯的芯态光电子能谱. 物理学报, 2006, 55(8): 4259-4264. doi: 10.7498/aps.55.4259
    [15] 冯玉清, 赵 昆, 朱 涛, 詹文山. 磁性隧道结热稳定性的x射线光电子能谱研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5372-5376. doi: 10.7498/aps.54.5372
    [16] 彭德全, 白新德, 潘 峰, 孙 辉. 纯锆上离子注入钇和镧后的表面分析. 物理学报, 2005, 54(12): 5914-5919. doi: 10.7498/aps.54.5914
    [17] 欧谷平, 宋 珍, 桂文明, 张福甲. 原子力显微镜与x射线光电子能谱对LiBq4/ITO和LiBq4/CuPc/ITO的表面分析. 物理学报, 2005, 54(12): 5717-5722. doi: 10.7498/aps.54.5717
    [18] 朱嘉琦, 王景贺, 孟松鹤, 韩杰才, 张连生. 不同能级加速过滤电弧沉积四面体非晶碳膜的结构和性能. 物理学报, 2004, 53(4): 1150-1156. doi: 10.7498/aps.53.1150
    [19] 李刘合, 张海泉, 崔旭明, 张彦华, 夏立芳, 马欣新, 孙跃. X射线光电子能谱辅助Raman光谱分析类金刚石碳膜的结构细节. 物理学报, 2001, 50(8): 1549-1554. doi: 10.7498/aps.50.1549
    [20] 苑进社, 陈光德, 齐鸣, 李爱珍, 徐卓. 分子束外延GaN薄膜的X射线光电子能谱和俄歇电子能谱研究. 物理学报, 2001, 50(12): 2429-2433. doi: 10.7498/aps.50.2429
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-30
  • 修回日期:  2014-09-11
  • 刊出日期:  2015-02-05

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