本發(fā)明涉及真空鍍膜領(lǐng)域，尤其涉及一種碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法及玻璃。

背景技術(shù)：

玻璃在LED芯片、攝像頭、指紋識(shí)別蓋板等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。然而普通玻璃表面的硬度較低，遠(yuǎn)不及藍(lán)寶石材質(zhì)，在玻璃上鍍光學(xué)膜層時(shí)，膜層表面硬度也不高、在加工和使用中，很容易造成玻璃表面劃傷，留下劃痕。所以在玻璃表面或膜層表面增加硬質(zhì)膜層，改善耐劃傷性能的研究很受關(guān)注。目前增加玻璃表面硬度的方法多為用噴涂或蒸發(fā)鍍膜工藝制備氧化鋁薄膜，或是通過(guò)真空濺鍍氮化硅膜，然而氮化硅膜不耐磨，且提高表面硬度的能力有限。而噴涂鍍膜工藝一般以氧化鋁粉體為原料進(jìn)行加工的工藝，得到的膜層厚度較厚，一般為50nm以上，附著力也欠佳，外觀質(zhì)量很難達(dá)到光學(xué)玻璃的要求。蒸發(fā)鍍膜工藝則通過(guò)高能電子槍將氧化鋁塊體或粉體材料進(jìn)行轟擊，然后沉積在基板表面，一般只能加工小尺寸基板，很難對(duì)大尺寸的玻璃基板進(jìn)行鍍膜加工，并且膜層耐磨性較差。以上幾種方法制備的硬質(zhì)膜層只有達(dá)到納米級(jí)別的厚度后才能達(dá)到保護(hù)玻璃基板的作用。然而附加的硬質(zhì)膜厚度太厚，由于硬質(zhì)膜本身材質(zhì)的吸收，將影響玻璃基板整體的光學(xué)性能，從而限制其應(yīng)用。

綜上，傳統(tǒng)的方法制備的硬質(zhì)膜層較厚，一般需要達(dá)到幾百納米甚至幾微米的厚度后才能達(dá)到保護(hù)玻璃基板的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種能夠制備厚度較薄的碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法及玻璃。

一種碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法，包括如下步驟：

提供襯底；以及

將所述襯底置于磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，真空條件下，以含有碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體為反應(yīng)氣體，以含有氬氣的氣體為工藝氣體，采用硅靶作為濺射靶材，控制反應(yīng)溫度為100℃～300℃，在所述襯底上磁控濺射沉積碳化硅硬質(zhì)膜。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述反應(yīng)氣體與所述工藝氣體的體積比為0.4～4:1。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體選自甲烷和乙炔中的至少一種。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述反應(yīng)氣體為甲烷或者乙炔，所述工藝氣體為氬氣，所述甲烷或者乙炔占所述工藝氣體和所述反應(yīng)氣體總體積百分含量的30％～80％。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述硅靶中硅的百分含量為99％以上。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述在所述襯底上磁控濺射沉積碳化硅硬質(zhì)膜的操作中，濺射功率為2kW～5kW。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述真空條件的真空度為1×10^-3mbar～5×10^-3mbar。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述碳化硅硬質(zhì)膜的厚度為以下。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述襯底為玻璃基板。

一種玻璃，包括玻璃基板以及層疊在所述玻璃基板上的碳化硅硬質(zhì)膜，其中，所述碳化硅硬質(zhì)膜采用上述的碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法制備得到。

上述碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法，以碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體為反應(yīng)氣體，以含有氬氣的氣體為工藝氣體，采用硅靶作為濺射靶材，控制反應(yīng)溫度為100℃～300℃，在襯底上磁控濺射沉積碳化硅硬質(zhì)膜。在電場(chǎng)的作用下，氬氣中氬原子電離產(chǎn)生出Ar+離子和電子，Ar+離子在電場(chǎng)作用下加速飛向硅靶，并以高能量轟擊硅靶表面，使硅靶發(fā)生濺射，產(chǎn)生濺射粒子，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體能夠與濺射粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底上沉積形成碳化硅硬質(zhì)膜。這種方法能夠制備厚度為以下的較薄的碳化硅硬質(zhì)膜，膜層厚度為納米級(jí)別，當(dāng)碳化硅硬質(zhì)膜厚度僅為(埃)左右時(shí)莫氏硬度即可達(dá)到6級(jí)，明顯提升玻璃表面的硬度，改善玻璃表面抗劃傷性能，有效保護(hù)玻璃基板。

附圖說(shuō)明

圖1為一實(shí)施方式的碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法的流程圖；

圖2為一實(shí)施方式的玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法及玻璃作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示的一實(shí)施方式的碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法，包括如下步驟：

S10、提供襯底。

襯底可以為任意的需要鍍硬質(zhì)膜的元件，例如玻璃、金屬板、合金板以及柔性基板等等。

在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底為玻璃基板。

S20、將襯底置于磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，真空條件下，以含有碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體為反應(yīng)氣體，以含有氬氣的氣體為工藝氣體，采用硅靶作為濺射靶材，控制反應(yīng)溫度為100℃～300℃，在襯底上磁控濺射沉積碳化硅硬質(zhì)膜。

具體的，反應(yīng)氣體和工藝氣體可以采用相同的管道通入磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，也可以分別通入。本實(shí)施方式中，采用兩個(gè)管道通入，方便調(diào)控氣體的流量。

具體的，反應(yīng)氣體與工藝氣體的體積比為0.4～4:1。進(jìn)一步的，反應(yīng)氣體與工藝氣體的體積比為0.5～2:1。進(jìn)一步的，反應(yīng)氣體與工藝氣體的體積比為0.8～1.2:1。

反應(yīng)氣體中含有碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體，在磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)形成有機(jī)氣體的氛圍，有機(jī)氣體中含有碳(C)原子，在特定的條件下與濺射粒子硅(Si)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底上沉積形成碳化硅(SiC))硬質(zhì)膜?？梢岳斫猓磻?yīng)氣體中也還可以含有其他氣體，其他氣體可作為載氣氣體，例如氬氣(Ar)、氖氣(Ne)等氣體。

工藝氣體中含有氬氣(Ar)，氬氣(Ar)中氬原子電離產(chǎn)生出Ar+離子和電子，Ar+離子在電場(chǎng)作用下加速飛向硅靶，轟擊硅靶表面。當(dāng)然，工藝氣體也還可以含有其他的氣體，例如氖氣(Ne)等氣體。

其中，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體例如可以為甲烷(CH₄)，乙烷(C₂H₆)，乙烯(C₂H₄)，乙炔(C₂H₂)，丙烷(C₃H₈)，丁烯(C₄H₈)，正丁烷(n-C₄H₁₀)，異丁烷(i-C₄H₁₀)，丙烯(C₃H₆)或環(huán)丙烷(C₃H₆)等等。通入到磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)的反應(yīng)氣體中可以含有一種有機(jī)氣體，也可以是兩種或兩種以上的有機(jī)氣體的混合氣體。有機(jī)氣體中含有碳(C)原子，在特定的條件下與濺射粒子硅(Si)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底上沉積形成碳化硅(SiC))硬質(zhì)膜。

具體的，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體選自甲烷(CH₄)和乙炔(C₂H₂)中的至少一種。例如可以是單獨(dú)的甲烷(CH₄)或者單獨(dú)的乙炔(C₂H₂)作為反應(yīng)氣體，或者以甲烷(CH₄)與乙炔(C₂H₂)的混合氣體作為反應(yīng)氣體。

具體的，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體的占工藝氣體和反應(yīng)氣體總體積百分含量的30％～80％。即假定能夠把磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)的混合氣體按不同的氣體分開(kāi)，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體的體積除以工藝氣體和反應(yīng)氣體的總體積為30％～80％。有機(jī)氣體的百分含量可以通過(guò)通入磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)的氣體的氣流量大小來(lái)調(diào)節(jié)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體的氣流量占工藝氣體和反應(yīng)氣體總體積百分含量的40％～60％。在另一個(gè)實(shí)施方式中，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體的氣流量占工藝氣體和反應(yīng)氣體總體積百分含量的30％～50％。

在一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)氣體為甲烷(CH₄)，工藝氣體為氬氣(Ar)，甲烷(CH₄)占工藝氣體和反應(yīng)氣體總體積百分含量的40％～60％。甲烷(CH₄)占工藝氣體和反應(yīng)氣體總體積百分含量的45％～50％。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)氣體為乙炔(C₂H₂)，工藝氣體為氬氣(Ar)，乙炔(C₂H₂)占工藝氣體和反應(yīng)氣體總體積百分含量的40％～60％。進(jìn)一步的，乙炔(C₂H₂)占工藝氣體和反應(yīng)氣體總體積百分含量的45％～50％。

具體的，甲烷(CH₄)或乙炔(C₂H₂)的百分含量可以通過(guò)通入磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)氣體的氣流量大小來(lái)調(diào)節(jié)。例如，甲烷(CH₄)的氣流量為100sccm，氬氣(Ar)的氣流量為100sccm，可得到甲烷(CH₄)的百分含量為50％的氣體氛圍。相應(yīng)的，乙炔(C₂H₂)的氣流量為100sccm，氬氣(Ar)的氣流量為100sccm，可得到乙炔(C₂H₂)的百分含量為50％的氣體氛圍。

具體的，硅靶中硅的百分含量為99％以上。本發(fā)明的碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法可直接采用硅靶(Si)作為靶材，以碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體為反應(yīng)氣體，從而能夠制備較薄的碳化硅硬質(zhì)膜。相比采用氮化硅作為靶材制備的氮化硅膜層的厚度小，硬度高。

具體的，在襯底上磁控濺射沉積碳化硅硬質(zhì)膜的操作中，濺射功率為2kW～5kW。2kW～5kW的濺射功率，能夠較好的使硅靶發(fā)生濺射，使得制備的碳化硅硬質(zhì)膜層均勻，厚度較薄。

具體的，真空條件的真空度為1×10^-3mbar～5×10^-3mbar。進(jìn)一步的，真空條件的真空度為2×10^-3mbar～4×10^-3mbar。

具體的，制備得到的碳化硅硬質(zhì)膜的厚度為以下。通過(guò)本發(fā)明的方法，可以制備得到厚度為以下的超薄碳化硅硬質(zhì)膜，相比噴涂或蒸發(fā)鍍膜工藝制備硬質(zhì)膜層，厚度明顯減小，利于玻璃的輕薄化發(fā)展，提升整體的光學(xué)性能。

在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)本發(fā)明的方法，可以制備得到厚度為以下的碳化硅硬質(zhì)膜。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)本發(fā)明的方法，可以制備得到厚度為以下的碳化硅硬質(zhì)膜。

具體的，反應(yīng)溫度為100℃～300℃，進(jìn)一步的，反應(yīng)溫度為230℃～280℃。在100℃～300℃的溫度下，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體能夠與濺射粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底上沉積形成碳化硅硬質(zhì)膜，硬質(zhì)膜層均勻，厚度較薄。

上述碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法，以碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體為反應(yīng)氣體，以含有氬氣的氣體為工藝氣體，采用硅靶作為濺射靶材，控制反應(yīng)溫度為100℃～300℃，在襯底上磁控濺射沉積碳化硅硬質(zhì)膜。在電場(chǎng)的作用下，氬氣中氬原子電離產(chǎn)生出Ar+離子和電子，Ar+離子在電場(chǎng)作用下加速飛向硅靶，并以高能量轟擊硅靶表面，使硅靶發(fā)生濺射，產(chǎn)生濺射粒子，碳原子數(shù)為1～4的有機(jī)氣體能夠與濺射粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底上沉積形成碳化硅硬質(zhì)膜。這種方法能夠制備厚度為以下的超薄碳化硅硬質(zhì)膜，膜層厚度遠(yuǎn)小于納米級(jí)別，當(dāng)碳化硅硬質(zhì)膜厚僅為在(埃)左右時(shí)莫氏硬度即可達(dá)到6級(jí)，可明顯改善玻璃表面抗劃傷性能，有效保護(hù)玻璃基板。

此外，請(qǐng)參閱2，本發(fā)明還提供一實(shí)施方式的玻璃10。玻璃10包括玻璃基板110以及層疊在玻璃基板110上的碳化硅硬質(zhì)膜120。其中，碳化硅硬質(zhì)膜120采用上述碳化硅硬質(zhì)膜的制備方法制備得到。即采用玻璃基板110作為襯底，從而在玻璃基板110上磁控濺射沉積碳化硅硬質(zhì)膜120。

具體的，碳化硅硬質(zhì)膜120的厚度為以下，進(jìn)一步的，碳化硅硬質(zhì)膜120的厚度為為以下，更進(jìn)一步的，碳化硅硬質(zhì)膜120的厚度為以下。

這種玻璃10，碳化硅硬質(zhì)膜120較薄，光學(xué)性能好，玻璃表面不容易被劃傷。可廣泛的應(yīng)用于LED芯片、攝像頭、指紋識(shí)別蓋板等領(lǐng)域。

以下為具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

以鈉鈣玻璃為襯底，將鈉鈣玻璃置于磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，2.5×10^-3mbar真空條件下，以乙炔為反應(yīng)氣體，以氬氣為工藝氣體，其中，乙炔的氣流量為100sccm，氬氣的氣流量為150sccm。采用硅靶作為濺射靶材，濺射功率：3.5kW，控制反應(yīng)溫度為200℃，在襯底上磁控濺射沉積厚度約的碳化硅硬質(zhì)膜。

采用不同等級(jí)的莫氏硬度筆進(jìn)行劃線測(cè)試制備的碳化硅硬質(zhì)膜厚度。若碳化硅硬質(zhì)膜被劃傷，則碳化硅硬質(zhì)膜的硬度低于測(cè)試用的莫氏硬度筆硬度等級(jí)，若碳化硅硬質(zhì)膜沒(méi)有劃傷，則硬度高于測(cè)試用的莫氏硬度筆硬度等級(jí)。以下實(shí)施例未特別說(shuō)明，均采用這種方法測(cè)試硬度。本實(shí)施例中測(cè)的碳化硅硬質(zhì)膜的莫氏硬度為6，而鈉鈣玻璃原來(lái)的莫氏硬度為3。說(shuō)明本實(shí)施例制備的碳化硅硬質(zhì)膜厚度較薄，能夠明顯提升玻璃表面的硬度。

實(shí)施例2

以高鋁玻璃為襯底，將高鋁玻璃置于磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，3.2×10^-3mbar真空條件下，以乙炔為反應(yīng)氣體，以氬氣為工藝氣體，其中，乙炔的氣流量為100sccm，氬氣的氣流量為250sccm。采用硅靶作為濺射靶材，濺射功率：3.5kW，控制反應(yīng)溫度為250℃，在襯底上磁控濺射沉積厚度約的碳化硅硬質(zhì)膜。

本實(shí)施例中測(cè)的碳化硅硬質(zhì)膜的莫氏硬度為6，而高鋁玻璃原來(lái)的莫氏硬度為3。說(shuō)明本實(shí)施例制備的碳化硅硬質(zhì)膜厚度較薄，能夠明顯提升玻璃表面的硬度。

實(shí)施例3

以鈉鈣玻璃為襯底，將鈉鈣玻璃置于磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，2.1×10^-3mbar真空條件下，以甲烷為反應(yīng)氣體，以氬氣為工藝氣體，其中，甲烷的氣流量為100sccm，氬氣的氣流量為150sccm。采用硅靶作為濺射靶材，濺射功率：5kW，控制反應(yīng)溫度為300℃，在襯底上磁控濺射沉積厚度約的碳化硅硬質(zhì)膜。

本實(shí)施例中測(cè)的碳化硅硬質(zhì)膜的莫氏硬度為6，而鈉鈣玻璃原來(lái)的莫氏硬度為3。說(shuō)明本實(shí)施例制備的碳化硅硬質(zhì)膜厚度較薄，能夠明顯提升玻璃表面的硬度。

實(shí)施例4

以鈉鈣玻璃為襯底，將鈉鈣玻璃置于磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，5×10^-3mbar真空條件下，以甲烷和乙炔的混合氣體為反應(yīng)氣體，以氬氣為工藝氣體，其中，甲烷的氣流量為100sccm，乙炔的氣流量為300sccm，氬氣的氣流量為100sccm。采用硅靶作為濺射靶材，濺射功率：4kw，控制反應(yīng)溫度為220℃，在襯底上磁控濺射沉積厚度約的碳化硅硬質(zhì)膜。

本實(shí)施例中測(cè)的碳化硅硬質(zhì)膜的莫氏硬度為6，而鈉鈣玻璃原來(lái)的莫氏硬度為3。說(shuō)明本實(shí)施例制備的碳化硅硬質(zhì)膜厚度較薄，能夠明顯提升玻璃表面的硬度。

實(shí)施例5

以鈉鈣玻璃為襯底，將鈉鈣玻璃置于磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，1.8×10^-3mbar真空條件下，以甲烷為反應(yīng)氣體，以氬氣為工藝氣體，其中，甲烷的氣流量為100sccm，氬氣的氣流量為100sccm。采用硅靶作為濺射靶材，濺射功率：5kw，控制反應(yīng)溫度為280℃，在襯底上磁控濺射沉積厚度約的碳化硅硬質(zhì)膜。

本實(shí)施例中測(cè)的碳化硅硬質(zhì)膜的莫氏硬度為5，而鈉鈣玻璃原來(lái)的莫氏硬度為3。說(shuō)明本實(shí)施例制備的碳化硅硬質(zhì)膜厚度較薄，能夠明顯提升玻璃表面的硬度。

實(shí)施例6

以鈉鈣玻璃為襯底，將鈉鈣玻璃置于磁控濺射設(shè)備腔體內(nèi)，1×10^-3mbar真空條件下，以乙烯為反應(yīng)氣體，以氬氣為工藝氣體，其中，乙烯的氣流量為100sccm，氬氣的氣流量為350sccm。采用硅靶作為濺射靶材，濺射功率：2kw，控制反應(yīng)溫度為100℃，在襯底上磁控濺射沉積厚度約的碳化硅硬質(zhì)膜。

本實(shí)施例中測(cè)的碳化硅硬質(zhì)膜的莫氏硬度為6，而鈉鈣玻璃原來(lái)的莫氏硬度為3。說(shuō)明本實(shí)施例制備的碳化硅硬質(zhì)膜厚度較薄，能夠明顯提升玻璃表面的硬度。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。