直流磁分离及脉冲阴极复合等离子弧复合沉积技术制备DLC基复合多层膜(2)
1.1 类金刚石薄膜的结构
类金刚石薄膜属于无定形碳，而因其沉积条件不同，薄膜之间结构和性能会表现出很大的差异[2~4]。在一定实验条件下制备的无定型碳中，不同杂化方式的碳原子（sp1、sp2、sp3）形成碳-碳共价σ键的个数并不相同，并由这些碳-碳共价键在空间上构成三文交叉原子环网络结构，而相距较远的碳原子之间会产生范德华力，综上所述，类金刚石薄膜具有较为复杂的三文空间结构[5]。
1.2 DLC薄膜的分类
我们将仅由碳原子构成空间结构的非晶态薄膜称为α-C膜，该种薄膜中仅存在三种杂化的碳原子（sp1、sp2、sp3），而将含有氢元素的DLC称为α–C:H。
而在含氢DLC薄膜中存在可变比例的C-H键，所以其结构和性能会在一定范围内变动。而在不含氢DLC薄膜中，sp3键含量高于70%的薄膜被称为四面体无定形Ta-C膜[6]。由于sp3键刚性较强，难以旋转，所以其含量的升高会增加薄膜整体的刚性，从而越发坚硬致密 [7]。我们可以看出，影响含氢DLC薄膜结构和性能的关键因素有：①膜层内sp3和sp2杂化键的相对比例；②薄膜中的氢含量。
1.3 类金刚石薄膜的应用
类金刚石薄膜作为新型功能材料，同时具有金刚石和石墨的部分性能，因而具有优异的力学、热学、光学、电学、化学和生物学等性能，受到广大研究者的关注。
1.3.1 力学性能和应用
类金刚石薄膜有诸多优异的力学性能，比如硬度高、摩擦系数低等，可以在很多极端的条件下完成艰巨的任务，但由于造价相对高昂，一般作为表面镀层材料，如可在刀具、模具的表面沉积DLC薄膜[8]，将DLC膜沉积在这些模具表面，能在一定程度上延长其使用寿命。而将DLC薄膜沉积在需要长期暴露于空气中的刀具表面时，还能够有效地减少使用过程中的机械划伤与存放过程中的氧化腐蚀。
广州有色金属研究院尝试在光盘模具的表面沉积DLC薄膜，这一创举使得模具的使用寿命大大延长，由原来的50万次突飞猛进到现在的200万次。与此同时，由于DLC薄膜内sp2杂化键的相对比例一般不低，存在一定比例的石墨相，所以具备一定的润滑性能，摩擦系数极低，可达0.005[9]。而在超高真空中，DLC薄膜的摩擦损耗有了较为明显的降低，而摩擦所产生的碎屑粒径也更小，因此类金刚石薄膜也可以作为航空航天技术中轴承材料的耐磨涂层。
1.3.2 电学性能和应用
凭借自身优异的性能，DLC薄膜在电子领域也受到人们的关注。由于在DLC薄膜中，sp3共价键具有较高的相对比例而sp3共价键具有较好的绝缘性，所以DLC薄膜具有较高的电阻率，为105～1012Ω•cm-1，而氢原子的加入增加了sp3键的稳定性，所以，含氢薄膜的电阻率一般更高[10]。
与现有的半导体材料相比，类金刚石薄膜（DLC）具有介电常数低、禁带宽度大、电子空穴迁移率好及热导率高等优点。计算机芯片、高电压开关及固体功率放大器等电学器件对工作温度有着较高的要求，而DLC薄膜在这些领域有着更为广阔的应用前景。如果，在大规模集成电路芯片的表面镀上一层DLC薄膜，不仅能利用其电阻率较高的特性，避免电路之间的相互干扰，而且可以利用其高硬度的特性，保护集成电路在运行过程中避免可能受到的机械损伤。并且，在清洗过程中，可以不必担心机械清洗和化学清洗对集成电路的损伤和侵蚀，进一步延长集成电路的使用寿命[11]。此外，类金刚石薄膜具有较低的电子势，因而是优异的阴极场发射材料，可在场发射平面显示器件表面发挥作用[12]。
1.3.3 光学性能和应用
类金刚石薄膜对于各类不同波长的光线均有较为优异的透过性，包括紫外线、红外线与可见光波段[13]。类金刚石薄膜的光隙带宽会随着薄膜中sp3-C比例的增多而增大，因此，类金刚石薄膜附着在光学器件表面作为光学减反射膜和增透涂层有良好的应用前景。例如，类金刚石薄膜可用作红外光学窗口或透镜的涂层。而在冶金等特殊场合下工作的红外检测和控制仪器的光学元件对自身表面的耐腐蚀性能与耐磨性能有着较高的要求，而DLC薄膜沉积在这些原件表面可以同时满足这两方面的要求[14]。