PET瓶内镀DLC薄膜的结构、成分研究
杨莉，付亚波，陈强 * ，张跃飞
北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室 , 北京,大兴， 102600
摘要：本文采用射频等离子体化学气相沉积( RF-PECVD技术，以C2H2为碳源，Ar为稀释气体，
在普通PET瓶内制备类金刚石(Diamond-like Carbon,简称DLC薄膜作为高阻隔层。采用傅立 叶红外透射光谱 (FTIR) 对其进行结构、成分进行分析。结果表明 , 射频等离子体化学气相沉积方法， 可以在很短时间内于 PET瓶内沉积一层纳米厚度的
DLC膜。傅立叶红外透射光谱(FTIR)分析表明
选用规格不同的电极， 对于所制备的DLC的结构影响很大,同时薄膜结构中 SF2和SP比例和放电 功率有较大的关系，而薄膜的成分受乙炔的比例的影响也不容忽视。
关键字：类金刚石膜； PECVD红外吸收光谱
DLC Barrier layer on the PET bottle surface by PECVD Abstract:
In this paper, Diamond-like Carbon (DLC) films on the inner surface of the PET-bottle as the high gas barrier layers were deposited by radio frequency plasma-enhancedchemical vapor deposition (RF-PECVD) with C2H2 as the source of reaction and Ar as the dilution gas. The DLC film structure and composition are analyzed by FTIR. The results show that the nano-scale DLC film can be fabricated on the PET-bottle by radio frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition in a short time. By spectrum of FTIR analyses, it is also noted the importance of electrode diameter for DLC film deposition, and the proportion of sp2 and sp3 in the DLC film was related to the plasma power, i.e. increasing power can reduce explosive time, where the ratio acetylene in the mixing gased is not ignore for the influence of the film composition.
Keywords: DLC film, PECVD, FTIR
1 引言
类金刚石薄膜 (Diamond-like Carbon Films, DLC) 是一种新型高阻隔材料。与金属及硅氧化 物相比，这种新的碳氢化合物具有很高的硬度、耐磨性、导热性、绝缘性、高的光学透过性
, 同时
还具有良好的生物相容性 , 已成功应用于机械、 电子、光学以及医学领域。 类金刚石膜可以采用多 种物理气相沉积和化学气相沉积方法制备 , 不同的制备方法以及不同的沉积工艺对类金刚石膜的
[1]
结构和性能产生很大的影响
3 2
类金刚石薄膜是碳的一种非晶亚稳态结构，在微观上主要由一定比例的 成。其中sp2的n态电子决定薄膜的光学和电学性能 响sp3/sp 2比值,同时对薄膜的性能产生很大的影响
本工作采用射频等离子体化学气相沉积
sp键和sp键混合组
，sp3组态决定其力学性能，而薄膜中H的含量影
［2］
。
（RF-PECVD技术，在普通PET瓶内制备类金刚石薄膜,
用FTIR透射光谱对类金刚石膜的结构进行了研究 刚石膜结构的影响?
，系统地研究了工艺参数和不同规格电极对类金
2实验设备及方法
射频等离子体化学气相沉积（ RF-PECVD技术是通过射频辉光放电分解碳氢气体，而沉积类 金刚石（DLC膜
［3］
。其原理如图1所示。RF-PECV设备主要由反应系统、真空及气路系统、高频
电源及电气控制系统等组成。 设备技术参数：反应室尺寸为 ①430mnX 300mm系统真空度5X 10-3Pa; 高频源功率300W；频率为13.56MHz.
上电极 1~\\
下电极
PET瓶
基台 抽真空
进气 匹配器 PF电源
图1沉积类金刚石薄膜实验装置示意图
Fig 1 Schematic diagram of the experime ntal apparatus for diam on d-like carb on film depositi on
通过调节各项参数（进气量、乙炔浓度、真空度、沉积电压），可控制类金刚石膜的成分， 从而改变膜的有关性能。样品用日本岛津公司的 结构分析。图2的制备DLC膜工艺流程图。
FTIR- 8400型傅立叶变换红外光谱仪对膜的进行
图2 DLC膜的制备工艺
Fig.2 the process of DLC film depositi on
3结果与讨论
-0.020
2500
3000
3500
图3类金刚石膜的红外光谱图
Fig.3 FTIR spectrum of diam on d-like carb on films
Wave nu mber/cm
-1
图3所示的是工作气压 6Pa,沉积时间1min、Czf体积分数为20%勺气体制备的类金刚石薄膜
. ■ 1
在500?4500cm-1波段的红外透过光谱图。在观察高频区的吸收峰时，可发现在 之间出现较强的 C-H伸展振动吸收峰，表明碳氢薄膜中 以sp3组态相互键合
［5］
3000?2800cm
H的含量较高⑷，并且膜中碳原子间主要
。另外，由于C-H伸展振动吸收峰低于 3000cm1，表明分子中的碳原子都是 饱和的。
其中 2846, 2954cm-1吸收峰分别对应 sp3 CH反对称振动峰和 sp2 CH烯烃振动峰，而 2918cm-1吸收峰分别对应 sp3CH对称振动峰和sp3 CH振动峰。观察低频区的吸收峰可以发现，在 1460cm-1处出现吸收峰，表明薄膜中含有
处出现的吸收峰，表明薄膜中含有
3 -1 2 3
sp3 C-CH3基，对应为CH反对称振动吸收；在 1375cm1
sp3C-CH基，对应为 CH对称变形振动吸收；1347cm1处对应
-1
sp C-H弯曲振动吸收；1280 cm 处对应的是混合 sp /sp C-C振动吸收峰；1168 cm 处对应的是 sp3 C-C振动吸收；980、905和736 cm-1处对应的分别是 CH、C=CH和CH-CH的振动吸收。
3.1不同规格电极对类金刚石膜结构的影响
分别选用直径为 8mm和 22mm的电极，制备DLC薄膜。。在工作气压8Pa,沉积时间1min、C2H2 气体体积分数为 20%条件，类金刚石薄膜的红外光谱（图 4）中，可以看到，在 3000?2800 cm-1 波段，峰值显著，表明在同种条件下，直径为
22m m的电极比直径为 8mm的电极要更易形成 DLC
膜。同时，还可以看到延长沉积时间和增加功率有利于沉积厚的类金刚石薄膜。
PET瓶内镀DLC薄膜结构、成分的研究
