用真空陰極過濾電弧法沉積了厚度為2 nm 的類金剛石( DLC) 薄膜, 研究了激光加熱退火時薄膜結構和表面粗糙度的變化, 分析了激光加熱功率對薄膜結構的影響。結果表明, 當激光功率小于200 mW 時, DLC 薄膜的結構基本保持不變;激光功率增大到300 mW, 薄膜中少量的sp³鍵轉變為sp²鍵, 但薄膜的表面形貌基本保持不變。隨著激光功率增大到400mW, 薄膜中sp³鍵向sp²鍵的轉變量增大; 當激光功率達到500 mW 時, 薄膜中大量的sp³ 鍵轉變為sp²鍵, sp²六原子環含量迅速增大, 薄膜表面粗糙度開始明顯增大, 出現凹凸不平的表面形貌。

　　類金剛石(DLC)薄膜用于計算機硬盤磁記錄頭和存儲介質保護膜, 可減少摩擦磨損、防止機械損傷和潤滑劑對磁記錄頭極尖的腐蝕, 提高磁記錄介質的使用壽命。為了保證硬盤的存儲密度達到1/1012字節/ 英寸², 目前大規模工業生產的計算機讀寫磁頭的DLC 保護膜的最小厚度已經達到2 nm, 采用真空陰極過濾電弧( Filtered Cathode Vacuum Arc, FC/VA) 方法, 可在2 nm 厚度范圍內形成連續致密并且在原子尺度表面光滑無針孔的四面體無定形碳膜,已在磁頭保護膜的生產中獲得廣泛應用 。磁頭與硬盤的裝配是通過激光加熱固化粘結膠來完成, 激光在加熱固化過程中引起磁頭表面溫度升高, 最高溫升可達200 。DLC 膜主要由sp³ 鍵和sp²鍵構成, sp³鍵的含量是影響DLC 薄膜性能的主要因素, DLC 膜的重要性能如致密性、硬度、耐蝕性、耐磨性、彈性模量、光學帶隙、電學性能等均主要取決于其所含的sp³/ sp²的比例。當sp ³ 含量增加時, 其性能偏向于金剛石, 具有很高的顯微硬度、低的摩擦系數和高的抗磨損指數。而當sp² 含量增加時, 其性能偏向于石墨。DLC 薄膜在受熱溫度升高時, 結構將發生變化, sp³鍵含量逐漸減小, sp ²鍵含量增大, sp³鍵向sp ² 鍵轉變。

　　在常規加熱退火處理時, DLC 薄膜在溫度低于400 時具有較高的熱穩定性。而在激光加熱條件下DLC 薄膜受熱時的結構變化, 以及磁記錄頭的性能和使用壽命可能受到的影響目前尚不清楚。因此, 研究DLC 薄膜在激光加熱時的結構變化和激光功率的影響, 對于確定合適的激光功率, 保證磁頭的使用性能具有積極意義。本文用FCVA 法沉積了厚度為2 nm 的DLC 薄膜, 研究了激光熱處理所使用的激光加熱功率對薄膜結構的影響。

3、結論

　　(1) 對FCVA 方法沉積的厚度為2 nm 的DLC 薄膜進行激光熱處理, 當激光功率增大到200 mW 時,薄膜的可見光拉曼光譜高斯分解得到的D 峰與G峰強度之比I D/ I G 緩慢增大, G􀀂width 緩慢減小, 表明DLC 薄膜的結構基本保持不變, 只發生sp ² 團簇的聚集長大和由此導致的內應力的部分釋放。

　　(2) 隨著激光功率增大到300~ 400 mW, I D/ I G迅速增大, G-width 迅速減小, 表明DLC 薄膜結構開始發生明顯轉變, sp ³ 鍵向sp 2 鍵轉變, 薄膜的內應力得到大量釋放, 但薄膜的表面形貌保持穩定。

　　(3) 當激光功率達到500 mW 時, Raman 圖譜的D 峰強度迅速增大, 表明DLC 薄膜中大量的sp³ 鍵轉變為sp ² 鍵, 薄膜中的sp ² 六原子環含量迅速增大, 薄膜的內應力基本釋放完全。SEM 分析顯示薄膜表面粗糙度明顯增大, 出現凹凸不平的表面形貌。