利用电浆辅助法进行类钻碳薄膜溅镀速率提昇之研究-yoke.net

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1、利用電漿輔助法進行類鑽碳薄膜濺鍍速率提昇之研究StudiesonthePromotionofDLCFilmDepositionRatebyPlasmaEnhancedMagnetronSputteringMethod*高于迦華振宇卓廷彬邱松茂莊道良Y.J.Gao,C.Y.Hua,T.P.Cho,S.M.Chiu,T.L.Chuang財團法人金屬工業研究發展中心MetalIndustriesResearch&DevelopmentCentre(MIRDC)摘要：類鑽碳(Diamond-likecarbo

2、n,DLC)膜具有高硬度、耐磨耗、低摩擦係數等性質，由於具有這些優越特性，因此類鑽碳膜廣泛的用在金屬模具、刀具表面處理等工業應用上。真空物理濺鍍製作之類鑽碳膜雖然具備相當優良的物理、化學特性，但是亦有鍍膜速率極為緩慢之缺點，往往需要長達數個小時的鍍膜時間，為了提昇類鑽碳膜之鍍膜速率，本研究中以電漿輔助法結合PVD真空濺鍍，進行類鑽碳薄膜之製作，並探討鍍膜參數與DLC薄膜鍍膜速率及附著力之關係。Abstract:DLCthinfilmpossesseshighhardness、wearresistanc

3、eandlowfrictioncoefficientcharacteristics.TheadvantagesofDLCcoatingfilmareextensivelyappliedinthesurfacetreatmentindustriesofmetalmolds(dies)、cuttingtools.ThemanufacturingofDLCthinfilmusingvacuumPVDsputteringtechnologyhasexcellentphysicalandchemicalprop

4、erties,however,thedepositionrateisveryslow,　usuallytakesseveralhourstodeposittheDLCfilm.TopromotethedepositionrateofDLCcoatingfilm,weusetheplasmaenhancementmethodcombinedwithPVDvacuumsputteringtechnologytoperformthemanufacturingofDLCcoatingfilm,alsoinve

5、stigatethedepositionparametersandrelationshipofthedepositionrateofDLCcoatingfilmandadhesion.關鍵字：類鑽碳膜、電漿輔助、磁控濺鍍、鍍膜速率Keywords:DLC、PlasmaEnhancement、MagnetronSputtering、DepositionRate一、前言類鑽碳膜具有極佳的物理特性、高導熱率與低摩擦係數等優良性質，由於具有這些優越特性，使其在機械、電子、半導體等工業之應用日益廣泛，因為類鑽碳

6、為一種介穩態之碳材料，其組成包括了鑽石形態的sp3四面體結構與石墨形態的sp2平面結構，使的類鑽碳擁有優良的機械特性、熱傳、光學及電化學特性，尤其是在低摩擦、耐磨耗之應用[1-2]。濺鍍法是目前廣泛的使用在半導體、電子元件、光學元件，具備裝飾性及功能性之鍍膜技術，藉由在真空中通入工作氣體形成電漿，並利用氣體離子轟擊靶材表面，撞擊出的靶材原子沉積於基材上即可形成薄膜，優點是對於材料的選擇性極大，幾乎所有材料皆可以使用濺鍍法沉積薄膜[3]。類鑽碳膜雖然具備許多優良特性，但是缺點是使用真空濺鍍法製作類鑽碳薄

7、膜之速率極為緩慢，往往需要數小時以上的製程時間，並且難以達成厚膜化鍍層，也因此基於成本與效率的考量上會限制類鑽碳部份領域之應用。本研究中以電漿輔助模組結合PVD磁控濺鍍，產生熱電子發射與電漿進行反應，可提高電漿內激發物種之濃度並提昇電漿離子密度，以此方式進行類鑽碳薄膜之製作，並探討鍍膜參數與DLC薄膜鍍膜速率及附著力之關係。二、實驗方法與步驟2.1電漿輔助模組本研究使用電漿輔助沉積模組，電漿輔助模組內之鎢絲通入高電流後，達到白熾狀態並釋放出熱電子。一般在室溫狀態時，線材表面之電子沒有足夠能量離開金屬線

8、材，因為能障會阻止電子逃脫，直到施加的能量大到足以使電子越過能障後，電子才能夠脫離金屬線材表面，此時金屬線材被加熱至極高溫，電子藉由熱震動的能量克服能障而產生放電現象，發射出電子或離子，這些放電粒子稱為熱電子[4]。(a)(b)Fig1、濺鍍腔體內之(a)電漿輔助沉積模組，(b)高熱鎢絲釋放熱電子。電漿輔助沉積模組如Fig.1所示，裝設於PVD濺鍍靶材旁，使用之線材為鎢絲，線長150mm直徑0.3mm。模組於PVD濺鍍時同步開啟，藉由熱電子之產生，提昇電