DLC膜制備、微摩擦性能及其在MEMS中防粘附應(yīng)用研究.pdf

1、摩擦、磨損和粘附問題已經(jīng)成為影響微機(jī)電系統(tǒng)(MicroelectromechanicalSystems，MEMS)性能和可靠性的主要因素。微構(gòu)件材料表面改性被認(rèn)為是改善摩擦、降低磨損、減少粘附、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效手段。 該文針對·MEMS中微構(gòu)件表面改性問題，對類金剛石(Diamond-likecarbon，DLC)膜制備與表征、MEMS工況條件下DLC膜摩擦學(xué)行為及其在解決多晶硅懸臂梁粘附問題的應(yīng)用等三方面內(nèi)容進(jìn)行了重點(diǎn)研究

2、。 首先采用非平衡磁控濺射、等離子體源離子注入和等離子體輔助化學(xué)氣相沉積三種工藝制備DLC膜，研究制備方法和工藝條件對DLC膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究結(jié)果顯示，對于非平衡磁控濺射法，最佳的襯底偏壓為50V，靶基距為150mm；對于等離子體源離子注入法，最佳的脈沖電壓為20kV，高壓脈沖頻率為100Hz；對于等離子輔助化學(xué)氣相沉積法，最佳的襯底偏壓為100V；化學(xué)氣相沉積法DLC膜的紅外吸收光譜表明膜中H的含量較高；憎水性能測試表明

3、，化學(xué)氣相沉積法DLC膜的接觸角(90°左右)最高，具有最低的表面能；等離子體源離子注入法DLC膜的納米硬度最高，為14.6Gpa。結(jié)合DLC膜結(jié)構(gòu)與性能分析的結(jié)果，初步探討了DLC膜成膜機(jī)理。 分別利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和AFM研究制備方法和摩擦實(shí)驗(yàn)條件對DLC膜摩擦性能的影響。研究結(jié)果表明，制備的薄膜具有低摩擦系數(shù)、較好的耐磨性能；采用摩擦試驗(yàn)機(jī)摩擦實(shí)驗(yàn)時(shí)，增加載荷和滑動次數(shù)可以促進(jìn)DLC膜表層石墨化及摩擦副表面石墨化轉(zhuǎn)移膜的形

4、成，從而降低摩擦系數(shù)；AFM摩擦實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)DLC膜微觀摩擦力變化與其表面形貌相互對應(yīng)，但是，峰值位置存在一定偏移；微磨損的結(jié)果表明，DLC膜的磨損深度與磨損循環(huán)次數(shù)呈非線性關(guān)系，表明DLC膜最表層的微觀抗磨損能力較薄膜內(nèi)部差。兩種摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表明，載荷為mN量級時(shí)，摩擦副的滑動速度增加使摩擦系數(shù)有減小趨勢；載荷在nN量級時(shí)，摩擦副的滑動速度對摩擦系數(shù)影響較小。 詳細(xì)討論了影響MEMS中粘附問題的因素，同時(shí)以解決多晶硅懸臂梁