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Zhu Qi
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Enhancing sp3 formation in DLC on low thermal conductivity substrate: Interval deposition minimizing ion energy sensitivity

Zhijun Ai et al.Jun 6, 2024
Depositing sp3-rich diamond-like carbon (DLC) on low thermal conductivity substrates is difficult due to the high sensitivity of sp3 formation to ion energy. This sensitivity is attributed to the heating effect of ion bombardment during plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) processing. This study introduced an interval deposition method aimed at minimizing the ion energy sensitivity, thereby achieving sp3-rich DLC deposition and broadening the process window. The variation in sp3 content of deposited DLC showed that the interval deposition can enhance sp3 formation, which is particularly significant when the single deposition duration is ≤1 s and the ratio of interval duration to deposition duration is ≥3. Deposition experiments with varying bias voltages confirmed that the ion energy sensitivity of sp3 formation in DLC can be effectively reduced by the proposed method. The analysis of transient film temperature during the deposition process revealed that this method took effect by limiting the temperature elevation of the film. Performance comparison showed that the adhesion of films to the substrate was improved by 138 % using the interval deposition method, compared to the traditional continuous deposition. This user-friendly and high-tolerance deposition method can significantly advance the application fields of DLC coatings.