2. 2　沉积时间改变对a - C: F薄膜特性的影响

在C4 F8浓度较高时,通入Ar有助于C4 F8的电离,可以提高等离子体中CFX +的浓度,加快薄膜的沉积速率。从沉积时间为30 min制备的a -C: F薄膜的红外吸收谱图(如图9)中可以看到,波数在1 000～1 900 cm- 1有吸收带,它们分别对应于CFx ( x = 1, 2, 3)和C - C键的振动能级[ 17 ] 。由此可以推断薄膜的主要成分为CFx ( x = 1, 2, 3)基团。

图9 沉积时间为30 min制备的a - C: F薄膜的红外吸收谱图

改变沉积时间,用台阶仪对沉积时间分别为3, 5, 7, 10, 20 min的a - C: F薄膜(以硅片为基底)进行厚度测量,每个样品测量3次,取算术平均值作为最终的结果。不同沉积时间a - C: F薄膜的厚度变化如图10。经过拟合,可以发现a -C: F薄膜的厚度与沉积时间基本呈线性关系,用薄膜的厚度除以沉积时间得到薄膜的沉积速率约为78 nm·min- 1。

图10 a - C: F薄膜(以硅片为基底)的厚度随沉积时间的变化曲线

沉积时间从10 s到20 min的接触角(以普通滤纸为基底)大小的变化如图11。沉积时间分别为10, 30 s, 1, 2 min的薄膜较薄,无法用台阶仪进行测量,但根据沉积速率可以估算出薄膜的厚度分别为0. 013, 0. 039, 0. 078, 0. 16 μm。从图11中可以看到,除了沉积时间小于1 min的薄膜与去离子水之间的接触角随着时间的增加快速减小外,其他沉积时间的薄膜接触角均大于90°,表现出很强的疏水特性。沉积时间小于1 min 的薄膜,由于沉积时间过短、沉积的薄膜较薄且不够均匀而导致水滴滴在a - C: F薄膜上,随着时间的推移接触角快速减小。也就是说,当a - C: F薄膜达到一定厚度(约为160 nm)时, a - C: F薄膜的接触角基本保持不变。

图11 不同沉积时间制备的a - C: F薄膜接触角(p = 100 Pa, R = 0. 3)

3、结论

利用C4 F8为放电气体制备了一系列a - C: F薄膜,对它们进行表征和分析后,得出以下结论:

(1) C4 F8作为放电气体,放电压力从25 Pa提高到1 000 Pa, a - C: F薄膜沉积速率增加,最大值可达193 nm ·min- 1 ;当放电压力较低时, a- C: F薄膜的RMS值小于1. 0 nm,当放电压力较高时, a - C: F薄膜的RMS值大于100 nm。

(2) C4 F8为放电气体,Ar为工作气体,气体流量比R = 0. 3,放电压力为100 Pa,放电间隙为3 mm时, a - C: F薄膜的沉积速率约为78 nm·min- 1。

(3 ) 接触角测量结果表明, 采用DBD -PECVD法制备的a - C: F薄膜均具有良好的疏水特性。a - C: F薄膜的表面粗糙度是影响a - C: F薄膜疏水特性的重要因素。