“…Key words: amorphous carbon; Ag doping; structure characterization; mechanical property; electrical behavior 非晶碳薄膜(Amorphous carbon, a-C)是主要由 sp 3 碳原子(金刚石结构)和 sp 2 碳原子(石墨结构) 组成一类无定型材料, 由于具有高硬度、良好的 化学惰性、优异的摩擦性能和生物相容性等优点, 在刀模具、信息存储、生物、航空航天等领域得 到了广泛应用 [1][2] 。然而, a-C 薄膜由于热稳定性 差、残余应力高、膜基结合力差, 产业化应用受 到一定限制。通过成分、结构设计, 将金属元素 引入非晶碳基质, 可以克服上述缺点, 获得金属 掺杂非晶碳膜, 并赋予材料新型功能特性, 因而 引起了广泛关注 [3][4][5][6] 。 其中, Ag 掺杂非晶碳膜(a-C:Ag)表现出较低的 应力 [7] 、优异的耐蚀 [8] 和摩擦性能 [9] , 并且由于纳米 Ag 颗粒的存在, a-C:Ag 在场发射 [10] 、压阻传感 [11] 等领域表现出巨大的应用潜力。鉴于 Si 基半导体器 件的广泛应用, 在 Si 基体上制备低应力机械强度较 高的 a-C:Ag 薄膜具有重要的实际意义 [12][13] 。此外, 目前主要基于复合材料的"渗流理论"模型 [14][15] 对 a-C:Ag 的电学行为进行定性分析, 但是无法解释低 Ag 含量下, Ag 原子"固溶"的非晶碳基质薄膜的载流 子输运行为, 也难以解释高 Ag 含量下, 不同尺寸和密 度 Ag 纳米晶对于 a-C:Ag 载流子输运行为的影响。 本工作采用反应磁控溅射技术, 通过改变溅射 靶电流制备了 Ag 含量在 0.7at%~41.4at%的 a-C:Ag 薄膜, 系统研究了 Ag 掺杂量对薄膜组分、 结构和机 械性能的影响, 并重点探究了薄膜的电学行为以及 相关载流子输运特性。 [16] 。特别地, 随溅射电流由 1.5 A 增大到 1.6 A, 可能由于入射 Ar + 能量和密度等变化, 引起 Ag 溅射产额的急剧增大, 导致薄膜中的 Ag 含量增加, 同时由于溅射出的 Ag 原子数量增大, 导致相同沉积时间内, 薄膜厚度显 著增大 [17][18] 。 图 1 为不同 Ag 含量 a-C:Ag 薄膜 C1s 精细谱图 以及 Ag 含量为 41.4at%的薄膜的 Ag 3d 精细谱图。 根据 C1s 精细谱图可知, Ag 含量增加导致 C1s 峰强 表 1 Ag 掺杂含量、O 含量、薄膜厚度和沉积速率随溅射电流和功率的变化关系 [25][26] , 本研究中随 Ag 含量 从 0. 拉曼测试下, sp 2 C 散射截面是 sp 3 C 的 50~230 倍 [22] ; 此外, 高 Ag 含量的薄膜中存在的 Ag 纳米颗粒会导 致拉曼增强效应 [27] , 同时其 G 峰位置向高波数移动, 从 1533 cm 1 移动到 1580.…”