DLC薄膜的研究进展摘要：DLC薄膜具有优异的综合性能，在分析DLC薄膜的结构和总结归纳DLC薄膜制备方法的基础上，阐述了DLC薄膜存在的问题和解决方法。关键词：DLC薄膜;结构;制备方法;金属掺杂：TG174文献标识码：A：1006-3315（2021）11-071-002类金刚石（diamond-likecarbon，DLC）薄膜是一种物理化学性质类似于金刚石的碳膜，具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨损、高透光率以及良好的化学稳定性和生物相容性等优点，是一种具有广阔应用前景的薄膜材料。DLC薄膜在机械、电子、生物以及光学等领域有广泛的应用前景[1-5]。然而由于DLC薄膜与基体表面性能的差异化，DLC膜往往存在内应力大和基体结合力差的问题，这些问题将直接影响薄膜的稳定性和使用寿命，进而制约了DLC薄膜的推广应用。为降低DLC薄膜内应力，改善薄膜与基体结合力，近年来发展了各种优化DLC薄膜的方法，从而达到扬长避短的目的。1.DLC薄膜的结构类金刚石薄膜是具有sp2和sp3键的非晶碳膜的总称。其物理化学性质类似于金刚石，具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨损、高透光率以及良好的化学稳定性和生物相容性等优点。在机械、电子、生物以及光学等领域有广泛的应用前景，近年来被广泛研究和开发。碳可形成sp3杂化、sp2杂化和sp1杂化三种稳定的杂化态。在sp3杂化态中，碳原子四个价电子在四面体的四个sp3轨道上与邻近原子构成σ键，如金剛石结构。在sp2杂化态中，碳原子三个价电子在平面三角形三个sp2轨道上与邻近原子形成σ键，第四个价电子则形成弱键合的π键，如石墨结构。在sp1杂化态中，形成两个σ键和两个π键。对DLC薄膜的成分和结构方面的研究工作证明，DLC膜是一种亚稳态的长程无序的非晶碳材料，主要包括sp2和sp3两种杂化方式，因而其物理和化学性质介于金刚石和石墨之间。根据薄膜中是否含有氢，DLC薄膜通常分为含氢DLC膜（α-C：H）和无氢DLC膜（α-C）两类。DLC薄膜性质主要由sp2和sp3杂化的成分含量以及sp2团簇尺寸决定，还和薄膜中H含量有关。因此，采用的制备方法不同，DLC薄膜的性质会有很大的差异[6-10]。2.DLC薄膜的制备方法DLC薄膜的制备方法主要分为两大类，即物理气相沉积（PVD）方法和化学气相沉积（CVD）方法。由于PVD方法可以大大降低基体温度，因而在DLC薄膜制备上得到广泛应用。DLC薄膜的硬度、密度、sp2和sp3的含量与沉积过程中离子能量有关，离子束的轰击有利于sp3键形成，并使生成的薄膜致密。采用不同的方法离子束的轰击效应不同，因而所制备的DLC薄膜性能有所不同。目前物理气相沉积技术制备DLC薄膜主要有离子束沉积技术、真空阴极弧沉积技术以及磁控溅射沉积技术。2.1离子束沉积技术离子束沉积（ionbeamdeposition，IBD）方法是采用石墨或烃类气体作为碳源，通过电弧蒸发或热丝电子发射产生碳离子，碳离子在离子枪的加速作用下射向基体表面而形成DLC膜。离子束沉积方法最重要的参数是束能，离子的能量由束能决定，控制着DLC薄膜的性能。为了改进薄膜性能，近年来发展了离子束辅助沉积（ionbeamassisteddeposition，IBAD）方法。这种方法是在电子束蒸发沉积或离子束溅射沉积的同时，用辅助离子束轰击基体表面以提供更大的能量。采用这种方法制备的DLC膜致密，并能增加DLC薄膜中sp3键的含量，从而有益于改善薄膜性能。2.2真空阴极弧沉积技术真空阴极弧沉积（vacuumcathodicarcdeposition，VCAD）是比较常用的沉积DLC膜的方法。该方法是用石墨靶作为碳源，在Ar气氛中采用电弧放电烧蚀靶材，产生碳离子，通过在基体上施加负偏压使碳离子沉积到基体表面形成DLC膜。该方法沉积的通常是无氢DLC膜。由于电弧放电产生强烈的电流，在烧蚀石墨靶时会产生大量的石墨颗粒，因而所制备的薄膜粗糙度高，摩擦性能不好，并含有大颗粒。在VCAD基础上发展起来了磁过滤阴极真空弧沉积（filteredcathodicvacuumarcdeposition，FCVAD）。该方法是增加一个励磁线圈，在管道内产生一定的磁场，带电粒子在磁场的作用下产生运动偏移，而宏观中性粒子则不受磁场作用，从而可以控制等离子体的运动方向，过滤掉大的中性颗粒粒子。相对于VCAD，FCVAD技术能显著降低DLC薄膜的摩擦系数，并可制备高硬度的DLC薄膜。2.3磁控...