射頻輸入功率對DLC∶F∶Si薄膜結(jié)構(gòu)和附著特性的調(diào)制機(jī)理

吳 偉，朱志鵬，張劍東，閔嘉煒，江美福，錢 儂

(蘇州大學(xué)物理與光電能源學(xué)部，江蘇 蘇州 215006)

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射頻輸入功率對DLC∶F∶Si薄膜結(jié)構(gòu)和附著特性的調(diào)制機(jī)理

吳 偉，朱志鵬，張劍東，閔嘉煒，江美福，錢 儂

(蘇州大學(xué)物理與光電能源學(xué)部，江蘇 蘇州 215006)

以SiC陶瓷靶為靶材，Ar和CHF3為源氣體，采用反應(yīng)磁控濺射法在雙面拋光的316L不銹鋼基片上制備出了系列Si和F共摻雜的 DLC∶F∶Si 薄膜。研究了射頻輸入功率對薄膜的附著力、硬度和表面接觸角的影響。結(jié)果表明，選取適當(dāng)?shù)妮斎牍β?180W左右)可以制備出附著力達(dá)11N的DLC∶F∶Si薄膜。通過拉曼和紅外光譜分析以及樣品粗糙度分析，作者提出了輸入功率對DLC∶F∶Si 薄膜結(jié)構(gòu)和特性調(diào)制的機(jī)理，即輸入功率直接影響SiC靶的濺射產(chǎn)額、空間Ar+的能量以及CHF3的分解程度，繼而影響空間Si、C、-CF、-CF2，特別是F*等基團(tuán)的能量和濃度，調(diào)制薄膜中F含量以及Si-C鍵含量和C網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)度。Si-C、C=C鍵的增加有助于薄膜附著力的明顯改善，F(xiàn)含量的減少則會導(dǎo)致薄膜的疏水性能有所下降。

DLC∶F∶Si 薄膜； 射頻反應(yīng)磁控濺射； 附著力； 共摻雜

1 引 言

類金剛石(DLC)薄膜作為一種含有一定比例的sp3鍵的非晶碳材料，它保留了金剛石的一些主要特性，如高耐磨性、低摩擦系數(shù)、良好的潤濕性能等，近年來受到廣泛關(guān)注，已作為涂層材料應(yīng)用于很多基材上，如透明光學(xué)涂層、計(jì)算機(jī)的存儲磁盤的涂層、刀片涂層和人工關(guān)節(jié)涂層等[1-6]。但DLC薄膜本身存在某些缺陷，如高內(nèi)部壓應(yīng)力、附著性能不盡如人意，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。于是嘗試對DLC薄膜進(jìn)行硅、氮、氟、鈦、硼等摻雜，以改善其相關(guān)特性，逐漸引起了人們的關(guān)注[7-10]。

研究結(jié)果顯示摻雜后的DLC薄膜可以表現(xiàn)出更優(yōu)良的機(jī)械、光學(xué)和電學(xué)性能。如摻氟后可以顯著降低薄膜的表面自由能，形成的氟化類金剛石(F-DLC)薄膜具有潤滑性能好、疏水性佳、血液相容性好等特性[11-16]。但是氟的摻入也會導(dǎo)致薄膜的機(jī)械硬度降低，附著特性變差，限制了其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用[17-18]。為了改善F-DLC薄膜的附著特性和摩擦磨損特性，本課題組曾嘗試在不銹鋼基底與F-DLC薄膜之間增加SiC過渡層，結(jié)果顯示有一定的效果但不顯著，因?yàn)橛绊慒-DLC薄膜附著特性的因素主要來自于薄膜結(jié)構(gòu)本身。因此本文嘗試對F-DLC薄膜直接改性，即以SiC陶瓷靶為靶材，Ar和CHF3為源氣體，采用反應(yīng)磁控濺射法，在雙面拋光的316L不銹鋼基片上制備Si和F共摻雜的 DLC∶F∶Si 薄膜樣品，旨在適當(dāng)引進(jìn)一些Si-C鍵，增強(qiáng)薄膜中C網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)度，提高薄膜的附著力。本文著重探討了射頻輸入功率在薄膜制備過程中調(diào)制薄膜結(jié)構(gòu)的機(jī)理，為DLC∶F∶Si 薄膜的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2 實(shí) 驗(yàn)

利用JGP-450A8型 高真空多功能磁控濺射儀，以SiC陶瓷靶為靶材(極間距為55mm)，Ar和CHF3為源氣體(流量比控制在5∶1)，雙面拋光的316L不銹鋼為基片，采用反應(yīng)磁控濺射法，改變射頻輸入功率制備了系列 DLC∶F∶Si 薄膜樣品。信號源頻率為13.56MHz，樣品制備前用鹽酸、氨水、雙氧水及去離子水依次對316L不銹鋼基片進(jìn)行超聲清洗。系統(tǒng)的本底真空度為1×10-3Pa，制備樣品時(shí)，工作氣壓為1.5Pa，射頻輸入功率在130W至310W之間變化，通過控制沉積時(shí)間，使得不同射頻輸入功率下制備的薄膜厚度均在800nm左右。

薄膜的紅外透射光譜測試采用的是JASCO 600PLus型傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)，相應(yīng)波數(shù)范圍為400～4000cm-1；采集樣品拉曼光譜的JY-HR800型光譜儀選用激發(fā)光源波長為514.5nm。利用SL200A型接觸角儀測量了樣品薄膜的水接觸角。所有樣品的附著力是在WS-2005型涂層附著力自動劃痕儀上在電導(dǎo)測量模式下完成。DLC∶F∶Si 薄膜本身不導(dǎo)電，當(dāng)錐形不銹鋼壓頭劃破薄膜接觸到316L不銹鋼基片時(shí)劃痕儀將拾取一個(gè)電信號，此時(shí)顯示的載荷(臨界載荷)即為附著力。

薄膜樣品的硬度測試是通過TMHVS-1000AT型顯微維氏硬度計(jì)在連續(xù)剛度模式下完成的。另外還采用NT-MDT Solver P47-PRO型原子力顯微鏡完成了薄膜的表面形貌觀察和粗糙度測試。

3 結(jié)果與討論

不同沉積時(shí)間下，薄膜的附著力隨射頻輸入功率的變化如圖1所示?？梢钥闯?，薄膜的附著力在6～11N之間，均明顯優(yōu)于先前制備的沒有Si摻雜的氟化類金剛石(F-DLC)薄膜的附著效果(～4N)[17-18]?？紤]到不同輸入功率下薄膜的沉積速率的差異，圖2給出了不同輸入功率下薄膜的厚度隨時(shí)間的變化趨勢。

圖1 薄膜的附著力隨射頻輸入功率的變化曲線Fig.1 Adhesion of the DLC∶F∶Si films as a function of RF input power

綜合圖1和圖2不難發(fā)現(xiàn)，薄膜的附著力與射頻輸入功率和沉積時(shí)間(膜厚)直接相關(guān)，不同功率下膜厚在800nm左右時(shí)薄膜的附著力均接近最佳；輸入功率在160W附近，沉積時(shí)間為50分鐘制備的膜厚為800nm的樣品附著力可達(dá)11N。其中緣由可能是薄膜太薄時(shí)，薄膜中各鍵之間的關(guān)聯(lián)度還不夠緊密；過厚時(shí)薄膜中的缺陷等增多導(dǎo)致薄膜在壓頭滑行時(shí)容易分層。

圖2 薄膜的厚度隨射頻輸入功率的變化Fig.2 Thickness of the DLC∶F∶Si films as a function of RF input power

影響薄膜附著特性的因素主要包括物理因素和化學(xué)因素兩類。物理因素主要有薄膜的硬度、致密度、界面粗糙度等，而這些因素均與輸入功率有關(guān)。

圖3和圖4分別顯示了不同輸入功率下薄膜(厚度均在800nm左右，下同)的硬度以及方均根粗糙度的變化情況。

圖3 薄膜的硬度隨射頻輸入功率的變化Fig.3 Hardness of the DLC∶F∶Si films as a function of RF input power

圖4 薄膜的方均根粗糙度隨射頻輸入功率的變化Fig.4 RMS of the DLC∶F∶Si films as a function of RF input powers

由圖3和圖4可以看出，隨著射頻輸入功率的增加，薄膜的硬度和RMS表面粗糙度均呈小幅振蕩上行趨勢。功率越大，振蕩越明顯，RMS表面粗糙度的變化尤其明顯。這是由于低功率下來自SiC陶瓷靶的Cx和Si以及空中CHF3分解產(chǎn)生的 CFx和 CHFx(x=1, 2) 基團(tuán)的能量較小，到達(dá)基片表面的活性較弱，形成的薄膜較為松散，導(dǎo)致相應(yīng)的硬度和表面粗糙度較小。增加輸入功率，空中CHF3分解的比例將升高，反應(yīng)更劇烈，將出現(xiàn)一定比例的活性氟原子F*。產(chǎn)生的CFx和 CHFx(x=1, 2) 基團(tuán)以及濺射產(chǎn)生的Cx和Si的數(shù)量增加，能量更大，表面遷移更容易，成膜生長變快。本論文牽涉到的輸入功率變化范圍并不算寬，各基團(tuán)的能量相差并不懸殊，所以總體來說樣品的硬度和粗糙度起伏不是太大。引起硬度以及粗糙度振蕩的另一因素是F*的出現(xiàn)。因?yàn)镕*具有強(qiáng)電負(fù)性，刻蝕作用明顯，可以與空中以及薄膜中的Si結(jié)合生成氣態(tài)SiF被抽走，也可通過與薄膜中已生成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的C形成-CF1和(或)-CF2鍵，阻止網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步形成，薄膜中的缺陷因此會增加。功率增加，空中反應(yīng)及F*的刻蝕作用更顯著，薄膜中各鍵的比例隨之而變，相應(yīng)硬度和粗糙度的振蕩更顯著就在情理之中。

圖3和圖4顯示薄膜的硬度和RMS粗糙度隨功率的變化趨勢并不與圖1的附著力變化趨勢完全對應(yīng)，因此需要進(jìn)一步討論影響薄膜附著特性的另一因素——化學(xué)因素，即薄膜的鍵結(jié)構(gòu)以及相關(guān)鍵比例，為此對相關(guān)樣品進(jìn)行了拉曼和紅外光譜分析。

薄膜的拉曼光譜隨射頻輸入功率的演變?nèi)鐖D5所示。圖5顯示薄膜的拉曼光譜是由位于1580cm-1和1365cm-1附近的兩個(gè)主峰組成，通常被稱為G峰和D峰，揭示了所制備薄膜的骨架屬于DLC結(jié)構(gòu)[2]。

圖5 薄膜的拉曼光譜隨射頻輸入功率的演變Fig.5 Raman spectra of DLC∶F∶Si films prepared at various RF input powers

高斯擬合表明，DLC∶F∶Si薄膜的拉曼光譜除了表征DLC結(jié)構(gòu)的G峰和D峰之外，還有1020cm-1附近的C-O-C反對稱伸縮振動(C-O-C)as；1160cm-1附近的C-C對稱伸縮振動(C-C)s，隨后的紅外光譜將顯示出該(C-C)s振動屬于DLC∶F∶Si 薄膜紅外譜的最強(qiáng)峰，歸之為含氟芳香環(huán)振動(F-aryl)的-CF對稱伸縮振動；850和1850cm-1處的兩個(gè)小肩峰分別來自于Si-O和C=O2振動模式，其中的O應(yīng)該來自空中及基片表面的空氣污染。至于為何拉曼光譜中沒有出現(xiàn)Si-C振動峰，可能是拉曼光譜對C-C振動的靈敏度遠(yuǎn)高于Si-C振動的緣故[19-21]。計(jì)算圖5中不同功率下的D峰和G峰強(qiáng)度之比ID/IG發(fā)現(xiàn)，ID/IG隨輸入功率的增加呈小幅振動下行之勢，意味著薄膜中更多的

C=C環(huán)狀結(jié)構(gòu)被F終結(jié)，形成了更多的鏈?zhǔn)?sp3)結(jié)構(gòu)，下面的紅外光譜分析將給出更進(jìn)一步的討論。

圖6(a)、(b)、(c)和(d)分別展示出輸入功率為160W、220W、280W和310W時(shí)制備的DLC∶F∶Si薄膜的傅里葉紅外光譜。高斯擬合顯示薄膜主要由800～1500cm-1區(qū)域的CFx(x=1,2,3)基團(tuán)的振動模式和1500～1900cm-1區(qū)域的C=C的振動模式組成。C=C的振動強(qiáng)度明顯弱于CFx振動，歸因于紅外光譜對C-F振動的靈敏度遠(yuǎn)高于C-C振動(與拉曼譜正好相反，互為補(bǔ)充)，真正的C=C沒有紅外活性。

圖6 薄膜的紅外光譜隨射頻輸入功率的演變Fig.6 IR absorption spectra of the DLC∶F∶Si films as a function of RF input power

再對比1160cm-1處的-CF振動與1310cm-1處的-CF2振動強(qiáng)度比也表現(xiàn)出先升后降，以及1620cm-1處HFC=C< 振動與1720cm-1處F2C=C< 振動強(qiáng)度比先降后升，可以推測，輸入功率較低時(shí)，源氣體CHF3分解產(chǎn)生的F較少，-CF2比-CF基團(tuán)更多。隨著輸入功率上升，Ar+的濺射產(chǎn)額加大，CHF3分解率提高，也分解得更充分，等離子體空間區(qū)域反應(yīng)加劇，F(xiàn)濃度上升，成膜與刻蝕競爭更加激烈，薄膜的結(jié)構(gòu)變化加劇(各鍵結(jié)構(gòu)起伏變大)。功率太高(280W以上)不利于F-C鍵的穩(wěn)定，薄膜中C-C鍵比例有所增加，有石墨化的傾向。如前所述，相應(yīng)薄膜的表面粗糙度和硬度呈明顯振蕩趨勢，也影響了鍵結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。圖1附著力變化曲線證實(shí)選擇合適的功率范圍可以使薄膜具有穩(wěn)定的鍵構(gòu)，取得好的附著特性。

值得注意的是，紅外光譜中除了來自C-O振動的1850cm-1附近的小肩峰之外(拉曼光譜中也出現(xiàn))，730cm-1附近出現(xiàn)了一個(gè)不可忽略的小峰，其強(qiáng)度隨輸入功率的增加而加強(qiáng)。Si-C伸縮振動和C-H彎曲振動均在此附近。為了確認(rèn)該峰來源，本文選擇附著力較好的160W輸入功率做了兩個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

首先，改變源氣體CHF3的通入時(shí)間。在總沉積時(shí)間50分鐘、氬氣流量以及總氣壓不變的前提下，圖7(a)、(b)、(c)和(d)分別代表CHF3通入0分鐘(不通入)、10分鐘、20分鐘和30分鐘的情形下制備薄膜的紅外光譜。圖7(a)清晰表明，純氬氣濺射時(shí)該峰極強(qiáng)，由此可以肯定730cm-1附近的振動來自Si-C無疑。隨著CHF3進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域的時(shí)間增加，該峰逐漸減弱可能起因于反應(yīng)空間，同時(shí)不排除先前已成膜中的Si，與越來越多的F*結(jié)合形成氣態(tài)SiF。

其次，保持160W輸入功率、Ar/CHF3=5∶1以及工作氣壓1.5Pa不變，沉積時(shí)間分別為20分鐘、50分鐘和80分鐘時(shí)制備的薄膜的紅外光譜如圖8(a)、(b)和(c)所示，相應(yīng)薄膜厚度分別為360nm、800nm和1130nm。

分析圖8可以發(fā)現(xiàn)，沉積時(shí)間較短，或說薄膜的沉積初期，薄膜中730cm-1附近的Si-C振動較強(qiáng)，F(xiàn)/C比較大(～11)；隨著沉積時(shí)間延長至50分鐘以后，Si-C振動有所減弱、F/C變小(～6.9)，且基本穩(wěn)定。

由此推測，在薄膜的沉積初期，CHF3分解還以-CF及-CF2為主，空間的F*較少，C-C關(guān)聯(lián)形成C=C還不夠，Si與C、-CF及-CF2基團(tuán)直接與C成鍵的機(jī)會較多，薄膜中Si-C鍵、C-F及C-F2形成的幾率增加。隨著沉積時(shí)間的延長，在保持輸入功率等沉積條件不變的情況下，反應(yīng)空間各基團(tuán)的濃度趨于穩(wěn)定，空間中將存在一定濃度的活性很高的F*，對薄膜形成一定的刻蝕，包括與濺射下來的Si直接空中結(jié)合成氣態(tài)SiF，薄膜中的Si-C振動以及F/C比值將有所減弱，如圖8(b)和(c)所示。

圖7 薄膜的紅外光譜隨CHF3通入時(shí)間的演變Fig.7 Evolution of IR spectra of DLC∶F∶Si films with CHF3 reaction time

圖8 薄膜的紅外光譜隨沉積時(shí)間的演變Fig.8 Evolution of IR spectra of DLC∶F∶Si films with the deposition time

圖9 薄膜的表面接觸角隨射頻輸入功率的變化Fig.9 Surface contact angle of the the DLC∶F∶Si films as a function of RF input powers

F-DLC薄膜的疏水特性一直受到關(guān)注，作為比較，摻入少量Si后形成DLC∶F∶Si薄膜的表面接觸角隨射頻輸入功率的變化如圖9所示。圖9顯示DLC∶F∶Si薄膜的接觸角在輸入功率太小(130W)時(shí)偏小，在160W附近迅速增大，但隨著功率的進(jìn)一步增加，表面接觸角下降趨勢明顯，與圖6揭示的薄膜中的F含量(F/C)變化趨勢基本吻合，可見控制薄膜中的F含量確實(shí)可直接影響薄膜的疏水性。DLC∶F∶Si薄膜的疏水性整體上不及F-DLC薄膜，但仍然呈現(xiàn)明顯的疏水性。

4 結(jié) 論

Si和F共摻雜的DLC∶F∶Si薄膜的附著特性明顯優(yōu)于F-DLC薄膜，射頻輸入功率可對薄膜的附著力產(chǎn)生有效調(diào)制，選取適當(dāng)?shù)妮斎牍β?180W左右)，可使薄膜的附著力接近最佳，可達(dá)11N左右。調(diào)制機(jī)理在于射頻輸入功率的大小直接影響SiC靶的濺射產(chǎn)額、Ar+的能量以及源氣體CHF3的分解程度，從而控制空間Si、C、-CF、-CF2及F*等基團(tuán)的能量和濃度，影響薄膜的結(jié)構(gòu)。特別是F*的濃度影響薄膜中Si-C鍵以及F含量，繼而影響C網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)度(C=C含量)。Si-C、C=C含量的增加有助于薄膜附著力的明顯改善，F(xiàn)含量的減少則會導(dǎo)致薄膜的疏水性能有所下降。

[1] J.A. Heimberg, K.J. Wahl, et al. Superlow Friction Behavior of Diamond-like Carbon Coatings[J]. Appl. Phys. Lett., 2001, 78(17) : 2449～2451.

[2] J. Robertson. Diamond-like Amorphous Carbon[J]. Mater. Sci. Eng. R., 2002, 37(4-6): 129～281.

[3] 劉毅, 林曉東,等.脈沖激光沉積制備類金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)[J]. 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2008, 26(3): 357～360.

[4] 謝紅希, 凌貴,等. RF-PECVD工藝參數(shù)對DLC膜結(jié)構(gòu)及性能的影響[J]. 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2009, 27(2): 190～194.

[5] M. Zhong, C.Zhang, et al. The Protective Properties of Ultra- Thin Diamond like Carbon Films for High Density Magnetic Storage Devices[J]. Appl. Surf. Sci., 2009, 256(1): 322～328.

[6] X. Fan, D. Diao. The Adhesion Behavior of Carbon Coating Studied by Re-indentation During in Situ TEM Nanoindentation[J]. Appl. Surf. Sci., 2016, 362(1): 49～55.

[7] S.E. Rodil, A.C.Ferrari, et al. Raman and Infrared Modes of Hydrogenated Amorphous Carbon Nitride[J]. Appl. Phys., 2001, 89(10): 5425～5430.

[8] X. M. He, M. Hakovirta, et al. Hydrophobic and Optical Properties of Fluorine and Boron Co-alloyed Diamond-like Carbon Films[J]. Mater. Lett., 2005, 59(11) : 1417～1421.

[9] P. Wang, X. Wang, et al. Comparing Internal Stress in Diamond-like Carbon Films with Different Structure[J].Thin Solid Films. 2007, 515(17): 6899～6903.

[10] F. Cemin, C.D. Boeira, et al. On the Understanding of the Silicon-containing Sdhesion Interlayer in DLC Deposited on Steel[J]. Tribol. Int., 2016, 94(2): 464～469.

[11] M. Hakovirta, X.M. He, et al. Optical Properties of Fluorinated Diamond-like Carbon Films Produced by Pulsed Glow Discharge Plasma Immersion ion Processing[J]. Appl. Phys., 2000, 88(88): 1456～1459.

[12] H. Yokomichi, A. Masuda. Effects of Double Bonding Configurations on Thermal Stability of Low-hydrogen Concentration Fluorinated Amorphous Carbon Thin-films with Low Dielectric Constant Prepared by Sputtering with Hydrogen Dilution[J]. Vacuum, 2000, 59(2-3): 771～776.

[13] 朱麗,江美福,等.不同射頻輸入功率下制備的氟化類金剛石碳膜疏水性研究[J].物理學(xué)報(bào), 2009, 58(9): 6430～6435.

[14] A. Bendavid, P.J. Martin, et al. The Properties of Fluorine Containing Diamond-like Carbon Films Prepared by Plasma- Enhanced Chemical Vapour Deposition[J]. Diamond Relat. Mater., 2010, 19(12): 1466～1471

[15] J.C. Sung, M.C. Kan, et al. Fluorinated DLC for Tribological Applications[J]. Int. J. Refract. Met. Hard Mater, 2007, 1(4): 421～426.

[16] 戴永豐, 江美福,等. 源氣體流量比對氟化類金剛石薄膜蛋白吸附能力的影響[J]. 物理學(xué)報(bào), 2011, 60(11): 681～687.

[17] 王培君, 江美福,等. 反應(yīng)磁控濺射法制備的氟化類金剛石薄膜摩擦特性的研究[J]. 物理學(xué)報(bào), 2010, 59(12): 8920～8926.

[18] 潘越,趙強(qiáng),等. SiC 過渡層對氟化類金剛石薄膜附著特性的影響[J]. 物理學(xué)報(bào), 2013, 62(1): 015209

[19] M. I. Baraton， W. Chang， B. H. Kear. Surface Chemical Species Investigation by FT-IR Spectrometry and Surface Modification of a Nanosized SiCN Powder Synthesized Via Chemical Vapor Condensation [J]. Journal of Physical Chemistry, 1996, 100(41): 16647～16652

[20] M.F. Jiang, Z.Y. Ning. Structure Evolution of Fluorinated Diamond-like Carbon Films Prepared at Varying Source Gas Flow Ratios[J]. Non-Cryst. Solids, 2005, 351(30-32): 2462～2467.

[21] F. Cemin, L.T. Bim, et al. Identification of the Chemical Bonding Prompting Adhesion of a-C:H Thin Films on Ferrous Alloy Intermediated by a SiCx:H Buffer Layer[J]. ACS Appl.Mat. & Interfaces, 2015, 7(29): 15909～15917.

Modulation Mechanism of RF Input Power on Structure and Adhesion Characteristics of DLC∶F∶Si Thin Films

WU Wei， ZHU Zhipeng， ZHANG Jiandong， MIN Jiawei， JIANG Meifu， QIAN Non

(College of Physics, Optoelectronics and Energy of Soochow University, Suzhou 215006, China)

DLC films with F and Si co-doping (DLC∶F∶Si films) were deposited on 316L stainless steel substrates at different input powers, with radio reactive magnetron sputtering by using trifluromethane (CHF3) and argon as source gases and SiC crystal target. The effects of RF input power on the adhesion, hardness and surface contact angle of the films were studied. Results show that DLC∶F∶Si thin films with adhesive force of 11 N Newton can be prepared at an input power of about 180W. By means of Raman and infrared spectrum measurements and sample roughness analysis, the authors put forward the mechanism of the input power modulating the structure and characteristics of DLC∶F∶Si thin films. From the mechanism study, how the RF input power directly affects the sputtering yield of SiC target, the energy of space Ar+and the decomposition degree of CHF3. Also involved are the affection by the RF input power of the energy and concentration of space Si, C, -CF, -CF2, especially F*radicals. Therefore, the modulation of Si-C content, correlation degree of C network and F content of the films are recognized. The increase of C=C and Si-C bonds is helpful to improve the adhesion of the DLC∶F∶Si films, while the decline of F content would lead to the decrease of the hydrophobic property of the films.

DLC∶F∶Si films； radio frequency reactive magnetron sputtering； adhesion； co-doping

1673-2812(2017)03-0363-06

2016-04-12；

2016-04-26

國家自然基金資助項(xiàng)目(11275136)

吳 偉(1990-)，碩士研究生，研究方向：功能薄膜材料。E-mail: 510259709@qq.com。

江美福，教授。E-mail: jiangmf@suda.edu.cn。

O484.4

A

10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2017.03.004