激光束聚焦后HMDS气体流激活的碳化硅薄膜的激光等离子沉积
高速气流中强大的光学脉动放电产生的激光等离子体是一种新型的光学放电，PORD是在10-120kHz激光脉冲周期辐射和500kW激光脉冲峰值功率的影响下在气体中获得的。
在涂层的等离子体化学合成中，辐射聚焦在100-300m·s-1的高速气体通量中，在激光脉冲后提供高气相冷却速率，减小固体成核中心的尺寸，相核和试剂分解产物快速输送到处理过的表面。
碳氮化硅是一种独特的多功能材料，成功地结合了碳化硅和氮化硅的最佳性能，碳氮化硅层传统上是在升高的温度下制备的，或者是在相对较低的温度下使用高频和微波等离子体或辉光放电等离子体通过化学气相沉积来制备的。
由六甲基二硅氮烷前体通过激光束聚焦后活化合成的碳氮化硅薄膜的动力学和物理化学性质的研究表明，这种等离子体沉积变体的特点是氩等离子体的作用效果，由于其从激光束焦点中移除而降低了能量。
由于这种相互作用，前体分子的分解不会完全发生，仅分离出分子的有机成分，这些碎片落在基材上，在基材上发生进一步的化学转变并形成无机涂层，在等离子体产生气体中添加氦气不会明显改变等离子体参数，但它会影响涂层的生长动力学和性能。
通过精密泵以20 - 80 μL·min -1的速率进入激光等离子体化学反应器，然后通过氩气或氦气（3 L/min）助熔剂将其与反应器中的主要氩通量，沉积时间为1-3分钟，沉积速率在0.4 - 1.2 μm·min -1范围内变化并取决于工艺参数。
涂层厚度通过涂层反射光谱的测量和已知公式的计算来确定，同时考虑到由椭圆光度数据确定的折射率，为了表征合成涂层，使用了以下设备：傅里叶红外光谱仪 IFS-85、带有 EDS EX-23000 BU控制台的扫描电子显微镜 JSM 6700F、拉曼光谱仪、原子力显微镜和扫描纳米硬度计。
激光等离子体沉积过程是多参数的，其速率取决于气流中HMDS浓度、等离子体产生气体通量和引入气流中的激光束能量等参数。
在激光束聚焦后 HMDS 气体通量激活时，生长速率对六甲基二硅氮烷通量速率 FHMDS的依赖性高于在激光器中引入前体的变体，生长速率对流速的依赖性是非单调的，它随着FHMDS的增加而增长，并在FHMDS≈ 50μL·min-1时达到最大值，然后下降。
涂层生长速率对 HMDS 通量速率的依赖性，1—在等离子体发生气体的Ar通量中激光束焦点中引
入HMDS，2—激光束聚焦后在等离子体产生气体流中引入HMDS气流，激光束聚焦后在等离子体
产生气体的Ar流中引入HMDS气流。
AFM形貌研究表明，随着进入室的HMDS的增加，薄膜的粗糙度和晶粒的平均尺寸增加，平均表面晶粒尺寸与将 HMDS 送入腔室的速率的关系随着HMDS进料速率从20μL·min -1 增加到80μL·min -1，平均尺寸从0.11μm增加到0.20μm。
不同HMDS进料速率值下涂层表面的AFM图像显示，随着HMDS进料速率从20μL·min -1 增加到80μL·min -1 ，粗糙度从21nm变化到66nm。
涂层硬度通过扫描纳米硬度计 NanoScan-3D 进行纳米压痕测量来确定，测量在1至 50 mN 的多个负载下进行，为了确定涂层的真实硬度，考虑到较软基材的影响，根据建议的技术对纳米压痕结果进行处理。
在HMDS进料速率为25μL·min-1时观察到最大硬度值，随着 HMDS 进入腔室的速率增加，硬度值降低，这可以通过 HMDS 对等离子体参数的影响来解释，并因此改变基材上薄膜沉积的动力学。
开发了一种新的激光等离子体沉积方法，用于在激光束聚焦后，在高速Ar或(Ar+ He) 气体通量，该方法允许以0.4-1.2μm·min-1的速率沉积碳氮化硅涂层，即比在激光束焦点中引入该前体时高约2倍。
研究发现，涂层沉积速率和涂层结构取决于工艺参数：HMDS 流量和等离子体生成气体，当FHMDS=20-25μL·min-1时，所生产的薄膜的硬度20-22 GPa，并且随着进入腔室中的HMDS的增加而降低。
参考文献：
1.《用于关节置换的碳氮化硅涂层的结构和成分》
2.《获得固体涂层的新型激光等离子工艺及其结构特征》
3.《使用二硅氮烷激光等离子体沉积制备的碳氮化硅薄膜的物理化学性质》
4.《在激光等离子体中从六甲基二硅氮烷和 HMDS + 苯蒸气沉积硬碳氮化硅涂层》
