金刚石基抗划伤复合基板及其制备方法

文档序号:1885094 发布日期:2021-11-26 浏览:10次 >En<

阅读说明:本技术 金刚石基抗划伤复合基板及其制备方法 (Diamond-based scratch-resistant composite substrate and preparation method thereof ) 是由 何斌 黄江涛 曹海涛 韩培刚 段文红 苏耀荣 周双 于 2020-05-21 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种金刚石基抗划伤复合基板及其制备方法。该制备方法包括以下步骤:利用气相沉积技术,依次在基板上沉积堆叠的基板、籽层和碳层。其中,在沉积籽层之前,采用图形化工艺在所述基板上形成多个凹部。本发明提出的复合基板具有抗划伤、透光性好的特点,复合基板的制备方法可操作性和重复性好,与基板结合力强,适用于手机前盖板等。(The invention provides a diamond-based scratch-resistant composite substrate and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: the stacked substrate, seed layer, and carbon layer are sequentially deposited on the substrate using a vapor deposition technique. Wherein, before depositing the seed layer, a plurality of concave parts are formed on the substrate by a patterning process. The composite substrate provided by the invention has the characteristics of scratch resistance and good light transmittance, and the preparation method of the composite substrate has good operability and repeatability, has strong bonding force with the substrate, and is suitable for a front cover plate of a mobile phone and the like.)

金刚石基抗划伤复合基板及其制备方法

技术领域

本发明应用于防护涂层技术领域,特别适用于手机和平板电脑。

背景技术

随着移动通信和移动办公的发展,智能手机、平板电脑的使用越来越普及,而它们在使用中的一个主要问题是显示面板易被划伤,继而碎裂。金刚石由于其超高的硬度,把金刚石应用于显示面板将是最好的抗划伤涂层。

然而,现有的金刚石涂层制备技术在这一应用中还存在困难。目前,为了促进金刚石的形核和生长,通常采用对基底粗糙化预处理或应用过渡层结构,但这两种方法都不可避免地会极大降低面板的透光率,从而失去实用价值。而如果直接在显示面板上沉积金刚石,由于面板的主要材料是玻璃和石英,金刚石在它们的表面上形核密度很低,无法形成有效防护。

因此要应用金刚石涂层增强显示面板的抗划伤能力,同时保持面板的高透光性,必须要有新的技术路线,以突破目前的技术瓶颈。

发明内容

为此,本发明提供了一种金刚石基抗划伤复合基板,其结构包括:依次堆叠的基板,籽层和碳层,其中,在所述基板上形成多个凹部,用以沉积籽层。

优选地,所述籽层的厚度为2-15nm。

优选地,所述凹部的宽度为30-2000nm。

优选地,相邻所述凹部的间距为30-2000nm。

优选地,所述籽层的材料包括Si,Ti,Mo,Ta中的一种或者几种组合。

优选地,所述碳层为含有金刚石结构的涂层。

本发明还提供了一种上述任一项所述复合基板的制备方法,包含以下步骤:

提供一基板,所述基板为耐高温材料;

通过图形化工艺,在所述基板上形成多个凹部;

在所述基板和凹部上沉积籽层;

在所述籽层上沉积碳层。

可选地,所述碳层的沉积工艺包括:

提供第一反应气体,第二反应气体和第三反应气体,所述第一反应气体如甲烷,丙酮和乙烯的一种或几种组合,所述第二反应气体为氢气、氧气,或氢气,所述第三反应气体为惰性气体,包括氦气、氖气、氩气和氪气中的一种或者几种组合。

可选地,所述第一反应气体和第二反应气体的流量百分比为1:100-1:10。

可选地,沉积所述碳层的反应温度为600℃-1200℃,工作气压1kPa-20kPa,工作脉冲偏压为0-600V。本发明提出的复合基板具有抗划伤、透光性好的特点,复合基板的制备方法可操作性和重复性好,与基板结合力强,适用于手机前盖板等。

附图说明

图1为现有技术粗糙化表面的结构示意图;

图2为本发明提出的采用方形凹部的复合基板结构示意图;

图3为本发明提出的采用锥形凹部的复合基板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

本实施例提供的方形凹部复合基板,结构如图2所示,包括基板1a,籽层101和碳层110,其中,在所述基板上形成多个凹部100。其中,所述籽层101位于所述基板1a上,所述籽层101部分的位于所述复合基板的中部,所述籽层101的上表面位于与基板1a上表面齐平或者略高,该籽层有利于金刚石形核,从而促进金刚石膜的生长,而且籽层有利于提高膜层与基板的结合力。

通过调节籽层结构可以调节复合基板的透过率,具体地,通过调节图2中所述凹部100的宽度和相邻所述凹部100的间距来调节透过率。所述凹部100不限于实例中结构,可以为锥形,方形,梯形等结构。所述凹部所占的面积越大,则透过率越低,但有助于提供碳层与基板的结合力。优选的,多个所述凹部与所述基板的面积比例为20%-80%。

如图2所示,所述籽层101的厚度是与所述凹部100平齐的所述籽层101在垂直方向上的长度,所述籽层101的厚度范围为2-15nm。低于2nm则碳层不易成膜,高于15nm则影响透过率。优选的,所述籽层的厚度为3-10nm。

所述凹部100的宽度为30-2000nm。优选的,所述凹部100的宽度为500-2000nm。如果所述凹部100的宽度大于2000nm,则透过率降低。如果所述凹部100的宽度小于30nm,制造难度大,工艺成本增加。

相邻所述凹部100的间距为30-2000nm,优选100-1000nm。

图3为本发明提出的采用锥形凹部的复合基板结构示意图,所述凹部的剖面图为锥形结构,通过调节斜面201和垂直面202的长度及夹角a,可以有效控制复合基板的透过率。与斜面201和垂直面202平齐的籽层厚度范围为2-15nm,夹角a的范围为20-150°,优选40-100°。锥形间距低于2000nm。锥形结构把内部籽层移到上表面,增加籽层上表面积,有利于沉积金刚石膜。整个籽层厚度没有增加,膜层光吸收不变,即透过率不变。

所述籽层101的材料包括Si,Ti,Mo,Ta中的一种或者几种的组合。

所述碳层110位于所述籽层101上,或者部分位于基板1a上。

所述碳层110为含有金刚石结构的涂层,具体的,所述碳层110可以是金刚石膜或类金刚石膜。本发明提供的复合基板的制备方法包含以下步骤:

提供一基板,所述基板为耐高温材料,所述基板包含但不限于石英玻璃;

通过图形化工艺,在所述基板上形成多个凹部;

在所述基板和凹部上沉积籽层;

在所述籽层上沉积碳层。

可选地,所述碳层的沉积工艺包括:

提供第一反应气体,第二反应气体和第三反应气体,所述第一反应气体如甲烷,丙酮和乙烯的一种或几种组合,所述第二反应气体为氢气、氧气,或氢气,所述第三反应气体为惰性气体,包括氦气、氖气、氩气和氪气中的一种或者几种组合。

可选地,所述第一反应气体和第二反应气体的流量百分比为1:10-1:100。

可选地,沉积所述碳层的反应温度为600℃-1200℃,工作气压1kPa-20kPa,工作脉冲偏压为0-600V。

具体制备实施例

第一步,基板清洗,依次采用酸,碱,丙酮,酒精,去离子水,获得清洁表面;

第二步,图形化处理,采用模板,曝光,显影,刻蚀获得具有多个凹部的基板表面。

第三步,制备籽层,首先采用Ar等离子体清洗基片表面,采用真空镀膜方式沉积的硅层。

第四步,采用热丝化学气相沉积法制备碳层,首先向真空反应腔室通入氢气,甲烷和氩气,流量分别是300sccm,10sccm,和100sccm,调节工作气压为5kPa,然后缓慢加载热丝电流,当基板温度为800℃时,停止加载热丝电流,加载基板偏压200V,沉积20min,卸载基板偏压,缓慢卸载灯丝电流,关闭灯丝电流,关闭反应气体,待真空腔室冷却至室温后,取出产品。

以上仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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