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碳化硼薄膜的性能及激光法制备

2013-08-19 11:04
野明月
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  利用纳米压痕仪,采用连续刚度测量技术和最新的薄膜材料力学模型,对样品表面的纳米硬度及弹性模量进行测量,保证测试结果在膜厚2O 之内基本没有衬底效应的影响,所有样品分别进行10个不同位置的压痕测试,压痕的间距至少保持在最大压痕深度的30倍以防止压痕应力场的相互影响。测试发现,样品的纳米硬度大于33 GPa,而弹性模量大于387 GPa,而Si,Ge材料本身的纳米硬度仅为10 GPa左右。

  为了检验膜层与衬底材料的结合性能,依据光学薄膜测试的通用标准,用透明玻璃胶带粘拉,膜层无脱落。在浓度为5.0 9/6的氯化钠溶液中,常温下浸泡24 h,膜层也无脱落,说明膜层满足光学薄膜的使用要求。同时,我们将样品放在沸水中浸泡24 h后,发现样品表面的膜层完好无损,透过率测试也无明显下降,说明膜层的耐用性强。在前面研究了不同衬底偏压条件下,膜层的光学透过率基本无变化,而在结合性能实验中,发现随着衬底负偏压的增大,样品膜层耐水煮时间逐渐变长,即相比较而言,在衬底负偏压一600 V条件下制备的碳化硼薄膜与衬底的结合能力最强,说明衬底负偏压可以提高薄膜与衬底的结合力。

  通过实验结果可以看出,本方法制备的碳化硼薄膜对Si,Ge光学材料具有很好的增透作用,膜层硬度较高,同时与衬底结合性能好,可以作为光学材料很好的增透保护膜。类金刚石膜具有宽光谱透光、高硬度、高热导率和良好的稳定性等优点,其作用已经得到了普遍的认识和关注,但是由于其与某些光学材料,如硫化锌等,存在着理化性能差异大等问题,无法直接牢固地镀制在这些光学材料上,利用碳化硼膜与类金刚石膜的复合膜系有望解决这一难题,而且碳化硼膜的热稳定性更优于类金刚石膜,所以其复合膜系也可扩展类金刚石膜的应用范围。

  3、结 论

  本文利用KrF准分子激光器,采用激光沉积薄膜方法与工艺,在不同激光能量、靶材与衬底距离及衬底负偏压条件下,在Si,Ge光学材料上制备了碳化硼薄膜,研究了不同工艺条件对沉积薄膜性能的影响,并对薄膜的透过率、硬度及其与衬底的结合性能等进行了测试。结果表明,si,Ge样品镀制碳化硼薄膜后透过率都有明显提高,最高透过率分别由53 和45 上升到65.8 和59.2%,而其硬度也提高到未镀膜时的3倍以上,依据光学薄膜的通用标准测试也表明膜层与衬底的结合性能较强,总体来说本研究制备的碳化硼薄膜可以对光学材料起到较好的增透保护作用。文章作者:王淑云、陆益敏、刘 旭、黄国俊、郭延龙、万 强、田方涛

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